(57)【要約】  本発明のガス検知装置およびガス検知方法では、周波数変調した検知光が走査されながら照射され、前記検知光の反射光を受光して得られた受光出力信号が位相敏感検波され、その検波出力信号がサンプリングされ、サンプリング結果に基づいて検知対象のガスＧＡが検知される。そして、走査速度に基づいて前記検知光の変調周波数が制御される。
2017014098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを検知するガス検知装置であって、
所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光光源部と、
前記検知光の物体による反射光を受光する検知光受光部と、
前記検知光受光部の受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、
前記位相敏感検波部の検波出力信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて、当該ガス検知装置と前記物体との間のガスを検知するガス検知部と、
前記検知光光源部の走査速度を取得する走査速度取得部と、
前記走査速度取得部で取得した走査速度が速いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光光源部を制御する制御部とを備える、
ガス検知装置。
【請求項２】
前記位相敏感検波部は、前記検知光受光部の受光出力信号を同期信号で同期検波する検波部を含み、
前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づき、前記同期信号を変更する、
請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記位相敏感検波部は、前記検波部の出力信号が入力され、遮断周波数よりも高い周波数の成分を低下させるローパスフィルター部を含み、
前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づき、前記遮断周波数を変更する、
請求項２に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度が速いほど短い周期でサンプリングするように、前記サンプリング部を制御する、
請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項５】
前記物体までの距離を測定する測距部をさらに備え、
前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度および前記測距部で測定した前記物体までの距離に基づいて前記サンプリング部のサンプリング周波数を制御する、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のガス検知装置。
【請求項６】
ガスを検知するガス検知装置であって、
所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光光源部と、
前記検知光の物体による反射光を受光する検知光受光部と、
前記検知光受光部の受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、
前記位相敏感検波部の検波出力信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて、当該ガス検知装置と前記物体との間のガスを検知するガス検知部と、
前記物体までの距離を測定する測距部と、
前記測距部で測定した前記物体までの距離が遠いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光光源部を制御する制御部とを備える、
ガス検知装置。
【請求項７】
前記測距部で測定された前記物体までの距離に基づいて前記位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するタイミング調整部をさらに備える、
請求項５または請求項６に記載のガス検知装置。
【請求項８】
前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を照射し、前記測距光の物体による第２反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記第２反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、
前記検知光光源部における前記検知光の第１光軸と前記測距部における前記測距光の第２光軸とは、略同軸である、
請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載のガス検知装置。
【請求項９】
前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を照射し、前記測距光の前記物体による第２反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記第２反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、
前記検知光光源部における前記検知光の第１光軸と前記測距部における前記測距光の第２光軸とは、平行である、
請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載のガス検知装置。
【請求項１０】
前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を照射し、前記測距光の物体による第２反射光を測距光受光部で受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記第２反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、
前記検知光受光部の受光感度波長帯と、前記測距光受光部の第２受光感度波長帯とは、所定の感度閾値以上で互いに異なる、
請求項５ないし請求項９のいずれか１項に記載のガス検知装置。
【請求項１１】
前記検知光光源部における検知光の波長は、１６５１ｎｍまたは１６５３ｎｍである、
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項にガス検知装置。
【請求項１２】
前記光学式測距部における測距光の波長は、８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲内のいずれかの波長である、
請求項８ないし請求項１０のいずれか１項にガス検知装置。
【請求項１３】
所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光照射工程と、
前記検知光の物体による反射光を受光する受光工程と、
前記受光工程で得られた受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、
前記位相敏感検波工程で得られた検波出力信号をサンプリングするサンプリング工程と、
前記サンプリング工程で得られたサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、
前記検知光照射工程での走査速度を取得する走査速度取得工程と、
前記走査速度取得工程で取得した走査速度が速いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光光源部を制御する制御工程とを備える、
ガス検知方法。
【請求項１４】
所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光照射工程と、
前記検知光の物体による反射光を受光する受光工程と、
前記受光工程で得られた受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、
前記位相敏感検波工程で得られた検波出力信号をサンプリングするサンプリング工程と、
前記サンプリング工程で得られたサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、
前記物体までの距離を測定する測距工程と、
前記測距工程で取得した前記物体までの距離が遠いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光照射工程を制御する制御工程とを備える、
ガス検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象のガスを検知するガス検知装置およびガス検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、可燃性ガス、毒性ガスおよび有機溶剤の蒸気等のガスが配管やタンク等から漏洩した場合、早期に対処する必要がある。このため、ガスを検知する装置が研究、開発されている。ガスを検知する技術の一つとして、ガスの光吸収スペクトルにおける吸収線を利用した技術がある。この技術は、吸収線の周波数（波長）を持つ光の減衰量がガス濃度に比例することを利用する。原理的には、まず、吸収線の周波数を持つレーザー光がガスに照射され、ガスを透過したレーザー光の減衰量が測定され、この測定結果に予め設定された変換係数を乗算することで、ガス濃度が測定される。この原理に基づく測定方法は、代表的には、２波長差分方式および周波数変調方式（２ｆ検波法）がある（例えば特許文献１参照）。【０００３】
この周波数変調方式（２ｆ検波法）では、まず、吸収線の周波数ｆｃを持つレーザー光が変調周波数ｆｍで周波数変調され、この吸収線の周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして変調周波数ｆｍで周波数変調されたレーザー光がガスに照射され、ガスを透過した後に受光部で受光される。ここで、ガスの光吸収スペクトルは、吸収線の周波数近傍の範囲において、例えば２次関数のプロファイルのような、吸収線の周波数ｆｃに対し線対称なプロファイルになっているので、受光部の出力信号には、変調周波数ｆｍの成分だけでなく、その２倍の周波数２ｆｍ（２倍波）の成分も含まれる。この２倍波２ｆｍの成分が位相敏感検波され、この位相敏感検波された２倍波２ｆｍの成分に基づいてガス濃度が求められる。なお、２倍波２ｆｍの成分の位相敏感検波と同時に変調周波数ｆｍの成分も位相敏感検波して受光光量を規格化することによって（変調周波数ｆｍの成分に対する２倍波２ｆｍの成分の比を求めることによって）、ガスを除く他の要因による受光強度変動（ノイズ）の影響が低減できる。【０００４】
このような周波数変調方式を用いた装置の１つとして、例えば、特許文献２に開示されたガス濃度測定装置がある。この特許文献２に開示されたガス濃度測定装置は、検出光を放射する検出光放射部と、前記検出光が物体に照射された場合に前記物体から反射される反射光を受光する受光部と、前記受光部が受光した前記反射光から、被検出ガスのコラム密度を測定するコラム密度測定部と、前記検出光放射部から前記物体に至る前記検出光の光路長を測定する光路長測定部と、前記コラム密度および前記光路長に基づき、前記被検出ガスの濃度を計算する濃度計算部と、を有する。そして、前記濃度計算部は、前記コラム密度を前記光路長で割ることにより、前記検出光の光路に沿った前記被検出ガスの平均濃度を計算する。【０００５】
ところで、前記レーザー光を走査して測定する場合、走査速度を高速化すると、走査方向に沿った測定間隔が走査速度の高速化前に較べて拡がるため、検知箇所（測定点）の密度が粗くなってしまう。このため、前記走査方向に沿ったサンプリング周期（サンプリング間隔、サンプリング周波数）を走査速度の高速化に応じて短周期化（短間隔化、高周波化）すると、前記測定箇所の密度の粗化（疎化）が低減される。例えば、走査速度を２倍にする場合、前記走査方向に沿ったサンプリング周期を半分にすれば、前記測定箇所の密度は、走査速度の高速化の前後で同じになる。しかしながら、この場合、１つの測定箇所における受光信号のサンプル数が減少するため、検知精度が劣化（低下）してしまう。【０００６】
一方、前記特許文献２では、ガス濃度を求めることを主題としており、上述の走査速度の高速化に伴う事情は、記載も示唆もされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１５１６８１号公報
【特許文献２】特開２０１４−５５８５８号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、走査速度を高速化しても、検知精度の劣化を低減できるガス検知装置およびガス検知方法を提供することである。
【０００９】
本発明にかかるガス検知装置およびガス検知方法では、周波数変調した検知光が走査されながら照射され、前記検知光の反射光を受光して得られた受光出力信号が位相敏感検波され、その検波出力信号がサンプリングされ、サンプリング結果に基づいて検知対象のガスＧＡが検知される。そして、走査速度に基づいて前記検知光の変調周波数が制御される。したがって、本発明にかかるガス検知装置およびガス検知方法は、走査速度を高速化しても、検知精度の劣化を低減できる。
【００１０】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態におけるガス検知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】前記ガス検知装置における第１位相敏感検波部の構成を示す図である。
【図３】前記ガス検知装置における第２位相敏感検波部の構成を示す図である。
【図４】周波数変調方式（２ｆ検波法）を説明するための図である。
【図５】走査速度と測定箇所の密度との関係および距離と測定箇所の密度との関係を説明するための図である。
【図６】前記検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】走査速度と変調周波数との関係および距離と変調周波数との関係を説明するための図である。
【図８】前記第１および第２位相敏感検波部において、出力信号に対する同期信号の検波同期タイミングを説明するための図である。
【図９】変形形態におけるガス検知装置の検波同期タイミングの調整を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。
【００１３】
図１は、実施形態におけるガス検知装置の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態のガス検知装置における第１位相敏感検波部の構成を示す図である。図２Ａは、第１位相敏感検波部の全体構成を示すブロック図であり、図２Ｂは、第１位相敏感検波部における第１ＬＰＦ部の構成を示す回路図である。図３は、実施形態のガス検知装置における第２位相敏感検波部の構成を示す図である。図３Ａは、第２位相敏感検波部の全体構成を示すブロック図であり、図３Ｂは、第２位相敏感検波部における第２ＬＰＦ部の構成を示す回路図である。図４は、周波数変調方式（２ｆ検波法）を説明するための図である。
【００１４】
実施形態におけるガス検知装置は、いわゆる周波数変調方式（２ｆ検波法）によって検知対象のガスＧＡを検知する装置であり、例えば、所定の周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして所定の変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光Ｌｃを照射し、この検知光Ｌｃの物体による反射光（戻り光）Ｌｃｒを受光し、この受光した反射光Ｌｃｒに基づいて検知対象のガスＧＡを検知する。
【００１５】
このようなガス検知装置Ｄは、より具体的には、例えば、図１に示すように、第１光源部１と、第２光源部２と、第１駆動部３と、第２駆動部４と、波長選択部５と、第１受光部６と、第２受光部７と、第１位相敏感検波部８と、第２位相敏感検波部９と、増幅部１０と、制御処理部１１と、記憶部１７と、偏向部１８と、アナログ−デジタル変換部（ＡＤ部）２０とを備える。
【００１６】
第１光源部１は、第１駆動部３に接続され、検知対象のガスＧＡを検知するために、所定の第１周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして所定の変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光Ｌｃを連続光（ＣＷ光）で照射する装置であり、例えば、波長を変えてレーザー光を発光できる波長可変半導体レーザー等を備える。変調周波数ｆｍは、適宜に設定され、例えば１０ｋＨｚや５０ｋＨｚや１００ｋＨｚ等に設定される。第１周波数（中心周波数）ｆｃは、検知対象のガスＧＡの光吸収スペクトルにおける所定の吸収線の周波数であり、前記検知対象のガスＧＡの種類に応じて適宜に設定される。例えば、前記検知対象のガスＧＡがメタン（ＣＨ４）である場合には、第１周波数（中心周波数）ｆｃは、メタンの光吸収スペクトルにおける所定の吸収線の周波数に設定される。メタンの光吸収スペクトルにおける吸収線は、複数あるが、本実施形態では、メタンの最も吸収の強い、Ｒ（３）線である波長１６５３ｎｍまたはＲ（４）線である波長１６５１ｎｍの吸収線が採用され、第１周波数（中心周波数）ｆｃは、波長１６５３ｎｍまたは波長１６５１ｎｍに相当する周波数である。
【００１７】
なお、検知対象のガスＧＡは、メタンに限定されるものではなく、表１に示すように、種々のガスであって良い。表１には、検知対象のガスＧＡの一例として、ガス種とその吸収線の波長（μｍ）とが示されている。
【００１８】
【表１】
2017014098.tif 000003
【００１９】
第１駆動部３は、制御処理部１１に接続され、制御処理部１１の制御に従って、前記所定の第１周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして所定の変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光Ｌｃを連続光（ＣＷ光）で照射するように、第１光源部１を駆動する装置である。例えば、第１駆動部３は、制御処理部１１の制御に従って、検知光Ｌｃを変調周波数ｆｍで周波数変調するために変調された駆動電流を前記可変波長半導体レーザーに供給することで、前記検知光Ｌｃを第１光源部１に照射させる。
【００２０】
第２光源部２は、第２駆動部４に接続され、測距するために、検知光Ｌｃの第１周波数ｆｃと異なる第２周波数ｆｘ（≠ｆｃ）を持つ所定の測距光Ｌｄをパルス光で照射する装置であり、例えば、半導体レーザー等を備える。第２周波数ｆｄは、検知光Ｌｃの第１周波数ｆｃと異なるように適宜に設定される。本実施形態では、検知光Ｌｃの第１周波数ｆｃは、前記検知対象のガスＧＡにおける吸収線の周波数であるので、測距光Ｌｄの第２周波数ｆｄは、前記検知対象のガスＧＡにおける吸収線の周波数ｆｃを除く周波数である。一例として、本実施形態では、検知光Ｌｃの第１周波数ｆｃは、波長１６５１ｎｍまたは波長１６５３ｎｍに相当する前記周波数であるので、波長１６５１ｎｍまたは波長１６５３ｎｍとは異なる、８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲内のいずれかの波長（例えば８００ｎｍや８７０ｎｍや９０５ｎｍや１０００ｎｍ等）に相当する周波数である。なお、好ましくは、測距光Ｌｄの第２周波数ｆｄは、前記検知対象のガスＧＡの存在する空間に存在すると想定される、前記検知対象のガスＧＡと異なる他のガスにおける吸収線の周波数を除く周波数である。
【００２１】
第２駆動部４は、制御処理部１１に接続され、制御処理部１１の制御に従って、第２周波数ｆｘ（≠ｆｃ）を持つ所定の測距光Ｌｄをパルス光で照射するように、第２光源部２を駆動する装置である。例えば、第２駆動部４は、制御処理部１１の制御に従って、パルス状の駆動電流を前記半導体レーザーに供給することで、前記測距光Ｌｄを第２光源部２に照射させる。
【００２２】
偏向部１８は、第１光源部１から射出された検知光Ｌｃが入射され、互いに異なる複数の方向へ検知光Ｌｃを順次にそれぞれ照射して複数の検知箇所で検知するために、所定の走査方向に沿って走査しながら検知光Ｌｃを照射する装置である。本実施形態では、検知光Ｌｃが照射され検知光Ｌｃに基づく前記反射光Ｌｃｒを生成する物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを測定できるように、偏向部１８には、第２光源部２から射出された測距光Ｌｄも入射され、偏向部１８は、検知光Ｌｃと同方向へ測距光Ｌｄを所定の走査方向に沿って走査しながら照射する。そして、本実施形態では、偏向部１８には、検知光Ｌｃが照射された物体Ｏｂで検知光Ｌｃに基づいて生成された第１反射光Ｌｃｒおよび前記物体Ｏｂに測距光Ｌｄが照射されることで前記物体Ｏｂで測距光Ｌｄに基づいて生成された第２反射光（第２戻り光）Ｌｄｒも入射され、偏向部１８は、これら第１および第２反射光Ｌｃｒ、Ｌｄｒを波長選択部５へ射出する。このような偏向部１８は、例えば、平板状の偏向ミラー（反射鏡）と、前記偏向ミラーを所定の軸回りに回転するための例えばモータ等のアクチュエータと備え、前記アクチュエータで前記偏向ミラーを前記所定の軸回りに回転することで、第１光源部１から射出された検知光Ｌｃの第１入射角および第２光源部２から射出された測距光Ｌｄの第２入射角を順次に変える。これによって、偏向部１８は、検知光Ｌｃの照射受光箇所（照受光点、この例では前記偏向ミラーの回転軸ＡＸの位置）を中心に検知光Ｌｃを放射状に照射し、放射方向と交差する周方向（この例では前記所定の軸回りの周方向）を前記所定の走査方向として、前記走査方向に沿って走査しながら検知光Ｌｃを照射する（後述の図５参照）。なお、図１に示す例では、偏向ミラーは、紙面に垂直であるが傾いていても良い（紙面の法線方向に対し傾いていても良い）。
【００２３】
そして、本実施形態では、図１に示すように、検知光Ｌｃの第１光軸と測距光Ｌｄの第２光軸とは、互いに平行である。すなわち、検知光Ｌｃの第１光軸と測距光Ｌｄの第２光軸とが互いに平行となるように、第１光源部１および第２光源部２が偏向部１８に対して配置される（偏向ミラーに対する検知光Ｌｃの第１入射角と前記偏向ミラーに対する測距光Ｌｄの第２入射角とは互いに等しい）。好ましくは、反射光Ｌｃｒを生成する前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓをより好適に測距するために、検知光Ｌｃの第１光軸と測距光Ｌｄの第２光軸とは、互いに近接して平行であり、より好ましくは、互いに重ならないで最近接して平行である。
【００２４】
波長選択部５は、検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒおよび測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒが入射され、検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒと測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒとを略別々に射出するための装置である。波長選択部５から射出された検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒは、第１受光部６に入射され、波長選択部５から射出された測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒは、第２受光部７に入射される。このような波長選択部５は、例えば、波長選択部５から射出された検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒを、第１受光部６へ向けて反射し、波長選択部５から射出された測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒを、第２受光部７で受光するように透過するダイクロイックミラー等を備える。また例えば、波長選択部５は、入射光を２分岐する例えばハーフミラーと、前記ハーフミラーで分岐（反射）した一方が入射され、検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒを含む波長帯域を透過する第１バンドパスフィルターと、前記ハーフミラーで分岐（透過）した一方が入射され、測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒを含む波長帯域を透過する第２バンドパスフィルターとを備え、第１受光部６には、前記第１バンドパスフィルターから射出された光（検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒを主に含む）が入射され、第２受光部７には、前記第２バンドパスフィルターから射出された光（測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒを主に含む）が入射される。
【００２５】
第１受光部６は、第１および第２位相敏感検波部８、９それぞれに接続され、波長選択部５から射出された検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒを受光し、光電変換することによって、第１反射光Ｌｃｒの光強度に応じたレベルの電気信号（第１出力信号）ＳＧ１を第１および第２位相敏感検波部８、９それぞれへ出力する装置である。
【００２６】
第２受光部７は、増幅部１０に接続され、波長選択部５から射出された測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒを受光し、光電変換することによって、第２反射光Ｌｄｒの光強度に応じたレベルの電気信号（第２出力信号）ＳＧ２を増幅部１０へ出力する装置である。
【００２７】
そして、本実施形態では、第１受光部６の第１受光感度波長帯と第２受光部７の第２受光感度波長帯とは、所定の感度閾値（最大感度に対する例えば４０％、５０％および６０％等）以上で互いに異なる。第１受光部６の第１受光感度波長帯と第２受光部７の第２受光感度波長帯とは、所定の感度閾値未満で互いに重畳しても良いが、好ましくは、このような重複部分が無く、互いに異なる。より具体的には、本実施形態では、検知光Ｌｃの波長は、１６５１ｎｍまたは１６５３ｎｍであるので、第１受光部６は、波長１６００ｎｍ帯に対し受光感度を優位に持つＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）の受光素子（ＩｎＧａＡｓホトダイオード）を備える。測距光Ｌｄの波長は、８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲内のいずれかの波長であるので、第２受光部７は、波長８００ｎｍないし１０００ｎｍ帯に対し受光感度を優位に持つＳｉ（シリコン）の受光素子（Ｓｉホトダイオード）を備える。高感度であることから、より好ましくは、第２受光部７は、Ｓｉのアバランシェホトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を備える。
【００２８】
第１位相敏感検波部８は、制御処理部１１に接続され、制御処理部１１の制御に従って、検知光Ｌｃを周波数変調した変調周波数ｆｍに基づいて第１受光部６の第１出力信号ＳＧ１を位相敏感検波する装置である。第１位相敏感検波部８は、位相敏感検波した結果（第１位相敏感検波結果）を制御処理部１１へ出力する。このような第１位相敏感検波部８は、例えば、図２Ａに示すように、第１検波部２１と、第１ローパスフィルター部（第１ＬＰＦ部）２２と、第１同期信号生成部２３と、第１移相部２４とを備える。
【００２９】
第１同期信号生成部２３は、制御処理部１１および第１移相部２４に接続され、制御処理部１１の制御に従って、変調周波数ｆｍであってディーティ比５０％の矩形パルス状である第１同期信号ＳＳ１を生成する回路であり、例えば発振器等を備える。第１同期信号生成部２３は、この生成した第１同期信号ＳＳ１を第１移相部２４へ出力する。
【００３０】
第１移相部２４は、第１検波部２１に接続され、第１同期信号ＳＳ１が変調周波数ｆｍの成分に同期するように予め設定された所定のタイミングに、第１同期信号生成部２３の第１同期信号ＳＳ１における位相を変える（進める、または、遅らせる）回路であり、例えば位相シフター等を備える。第１移相部２４は、所定の位相に変えた第１同期信号ＳＳ１を第１検波部２１へ出力する。
【００３１】
第１検波部２１は、第１ＬＰＦ部２２に接続され、第１移相部２４から入力された第１同期信号ＳＳ１に基づいて、第１受光部６から入力された第１受光部６の出力信号を同期検波する回路であり、例えば、乗算器等を、またはスイッチング素子等を備える。この同期検波によって第１受光部６の出力信号から第１同期信号ＳＳ１と等しい周波数成分、すなわち、変調周波数ｆｍの成分が取り出される。第１検波部２１は、同期検波した結果を第１ＬＰＦ部２２へ出力する。
【００３２】
第１ＬＰＦ部２２は、制御処理部１１に接続され、第１検波部２１から入力された同期検波結果をフィルタリングし、所定の遮断周波数ｆｃｕｔ以下の成分のみを通過させる回路である。第１ＬＰＦ部２２は、このフィルタリングした結果を、第１位相敏感検波部８の第１位相敏感検波結果として制御処理部１１へ出力する。そして、本実施形態では、第１ＬＰＦ部２２は、その低域通過帯域を、すなわち、その遮断周波数ｆｃｕｔを制御処理部１１の制御に従って変更可能に構成されている。
【００３３】
このような第１ＬＰＦ部２２は、例えば、図２Ｂに示すように、第１１および第１２抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２と、互いに異なる容量を持つ３個の第１１ないし第１３コンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３と、第１オペアンプＯＰ１と、１入力３出力の第１選択スイッチＳＷ１とを備え、いわゆる積分回路である。
【００３４】
第１検波部２１の出力端子は、第１１抵抗素子Ｒ１１を介して第１オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）に接続される。第１オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）には、予め設定された所定の参照電圧（基準電圧）Ｖｒｅｆが入力される。第１オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）と第１オペアンプＯＰ１の出力端子との間には、第１２抵抗素子Ｒ１２が接続される。そして、第１オペアンプＯＰ１の反転入力端子（−）には、第１選択スイッチＳＷ１の入力端子が接続される。第１選択スイッチＳＷ１の第１１出力端子は、第１１コンデンサＣ１１を介して第１オペアンプＯＰ１の出力端子に接続される。第１選択スイッチＳＷ１の第１２出力端子は、第１２コンデンサＣ１２を介して第１オペアンプＯＰ１の出力端子に接続される。第１選択スイッチＳＷ１の第１３出力端子は、第１３コンデンサＣ１３を介して第１オペアンプＯＰ１の出力端子に接続される。第１選択スイッチＳＷ１の入力端子と第１１ないし第１３出力端子との接続状態は、制御処理部１１の制御信号に応じて設定される。すなわち、第１選択スイッチＳＷ１は、制御処理部１１の制御信号に応じて入力端子を第１１ないし第１３出力端子のうちのいずれか１つに接続する。第１オペアンプＯＰ１の出力（出力端子）は、第１位相敏感検波部８の出力（出力端子）である。
【００３５】
このような回路構成の第１ＬＰＦ部２２における遮断周波数ｆｃｕｔは、第１２抵抗素子Ｒ１２の抵抗値および第１オペアンプＯＰ１における反転入力端子（−）と出力端子との間に接続されるコンデンサＣの容量で規定されるので、第１ＬＰＦ部２２は、第１選択スイッチＳＷ１によって第１オペアンプＯＰ１における反転入力端子（−）と出力端子との間に接続されるコンデンサＣを切り換えることで、遮断周波数ｆｃｕｔを、すなわち、低域通過帯域を変更できる。変調周波数ｆｍは、後述するように変更されるが、第１２抵抗素子Ｒ１２の抵抗値および第１１ないし第１３コンデンサＣ１１〜Ｃ１３の各容量は、前記変調周波数ｆｍの変更範囲に応じて適宜に設定される。
【００３６】
第２位相敏感検波部９は、制御処理部１１に接続され、制御処理部１１の制御に従って、検知光Ｌｃを周波数変調した変調周波数ｆｍの２倍の周波数（２倍波）２ｆｍに基づいて第１受光部６の第１出力信号ＳＧ１を位相敏感検波する装置である。第２位相敏感検波部９は、位相敏感検波した結果（第２位相敏感検波結果）を制御処理部１１へ出力する。このような第２位相敏感検波部９は、基本的に第１位相敏感検波部８と同様であり、例えば、図３Ａに示すように、第２検波部３１と、第２ローパスフィルター部（第２ＬＰＦ部）３２と、第２同期信号生成部３３と、第２移相部３４とを備える。
【００３７】
第２同期信号生成部３３は、制御処理部１１および第２移相部３４に接続され、制御処理部１１の制御に従って、変調周波数ｆｍの２倍の周波数２ｆｍであってディーティ比５０％の矩形パルス状である第２同期信号ＳＳ２を生成する回路であり、例えば発振器等を備える。第２同期信号生成部３３は、この生成した第２同期信号ＳＳ２を第２移相部３４へ出力する。
【００３８】
第２移相部３４は、第２検波部３１に接続され、第２同期信号ＳＳ２が変調周波数ｆｍの２倍の周波数２ｆｍの成分に同期するように予め設定された所定のタイミングに、第２同期信号生成部３３の第２同期信号ＳＳ２における位相を変える（進める、または、遅らせる）回路であり、例えば位相シフター等を備える。第２移相部３４は、所定の位相に変えた第２同期信号ＳＳ２を第２検波部３１へ出力する。
【００３９】
第２検波部３１は、第２ＬＰＦ部３２に接続され、第２移相部３４から入力された第２同期信号ＳＳ２に基づいて、第１受光部６から入力された第１受光部６の出力信号を同期検波する回路であり、例えば、乗算器等を、またはスイッチング素子等を備える。この同期検波によって第１受光部６の出力信号から第２同期信号ＳＳ２と等しい周波数成分、すなわち、変調周波数ｆｍの２倍の周波数２ｆｍの成分（２倍波２ｆｍの成分）が取り出される。第２検波部３１は、同期検波した結果を第２ＬＰＦ部３２へ出力する。
【００４０】
第２ＬＰＦ部３２は、制御処理部１１に接続され、第２検波部３１から入力された同期検波結果をフィルタリングし、所定の遮断周波数ｆｃｕｔ以下の成分のみを通過させる回路である。第２ＬＰＦ部３２は、このフィルタリングした結果を、第２位相敏感検波部９の位相敏感検波結果として制御処理部１１へ出力する。そして、本実施形態では、第２ＬＰＦ部３２は、その低域通過帯域を、すなわち、その遮断周波数ｆｃｕｔを制御処理部１１の制御に従って変更可能に構成されている。
【００４１】
このような第２ＬＰＦ部３２は、例えば、図３Ｂに示すように、第２１および第２２抵抗素子Ｒ２１、Ｒ２２と、互いに異なる容量を持つ３個の第２１ないし第２３コンデンサＣ２１、Ｃ２２、Ｃ２３と、第２オペアンプＯＰ２と、１入力３出力の第２選択スイッチＳＷ２とを備え、いわゆる積分回路である。
【００４２】
第２検波部３１の出力端子は、第２１抵抗素子Ｒ２１を介して第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）に接続される。第２オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）には、予め設定された所定の参照電圧（基準電圧）Ｖｒｅｆが入力される。第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）と第２オペアンプＯＰ２の出力端子との間には、第２２抵抗素子Ｒ２２が接続される。そして、第２オペアンプＯＰ２の反転入力端子（−）には、第２選択スイッチＳＷ２の入力端子が接続される。第２選択スイッチＳＷ２の第２１出力端子は、第２１コンデンサＣ２１を介して第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続される。第２選択スイッチＳＷ２の第２２出力端子は、第２２コンデンサＣ２２を介して第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続される。第２選択スイッチＳＷ２の第２３出力端子は、第２３コンデンサＣ２３を介して第２オペアンプＯＰ２の出力端子に接続される。第２選択スイッチＳＷ２の入力端子と第２１ないし第２３出力端子との接続状態は、制御処理部１１の制御信号に応じて設定される。すなわち、第２選択スイッチＳＷ２は、制御処理部１１の制御信号に応じて入力端子を第２１ないし第２３出力端子のうちのいずれか１つに接続する。第２オペアンプＯＰ２の出力（出力端子）は、第２位相敏感検波部９の出力（出力端子）である。
【００４３】
このような回路構成の第２ＬＰＦ部３２は、第２選択スイッチＳＷ２によって第２オペアンプＯＰ２における反転入力端子（−）と出力端子との間に接続されるコンデンサＣを切り換えることで、遮断周波数ｆｃｕｔを、すなわち、低域通過帯域を変更できる。第２２抵抗素子Ｒ２２の抵抗値および第２１ないし第２３コンデンサＣ２１〜Ｃ２３の各容量は、前記変調周波数ｆｍの変更範囲に応じて適宜に設定される。
【００４４】
なお、第１および第２ＬＰＦ部２２、３２それぞれは、その遮断周波数ｆｃｕｔを３個のうちのいずれかに変更できるように、３個のコンデンサＣ（Ｃ１１〜Ｃ１３；Ｃ２１〜Ｃ２３）を備えて構成されたが、第１および第２ＬＰＦ部２２、３２それぞれは、変更可能な遮断周波数ｆｃｕｔの個数に応じた個数のコンデンサＣを備えて構成される。
【００４５】
増幅部１０は、ＡＤ部２０に接続され、第２受光部７から入力された第２受光部７の第２出力信号ＳＧ２を増幅する回路である。増幅部１０は、この増幅した第２出力信号ＳＧ２をＡＤ部２０を介して制御処理部１１へ出力する。
【００４６】
ＡＤ部２０は、制御処理部１１に接続され、増幅部１０から出力されたアナログ信号の第２出力信号ＳＧ２をデジタル信号の第２出力信号に変換し、この変換したデジタル信号の第２出力信号を制御処理部１１へ出力する回路である。
【００４７】
記憶部１７は、制御処理部１１に接続され、制御処理部１１の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、ガス検知装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、所定の周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして所定の変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光照射プログラムや、第１および第２位相敏感検波部８、９それぞれの各検波出力信号を所定のサンプリング周期Ｓｐでそれぞれサンプリングするサンプリングプログラムや、前記サンプリングプログラムのサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知プログラムや、検知光Ｌｃが照射され検知光Ｌｃに基づく第１反射光Ｌｃｒを生成する物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを測定する測距プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。前記各種の所定のデータには、上述の各プログラムを実行する上で必要なデータや、検知対象のガスＧＡを検知する上で必要なデータ等が含まれる。記憶部１７は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。記憶部１７は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部１１のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。
【００４８】
制御処理部１１は、ガス検知装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、検知対象のガスＧＡを検知するための回路である。制御処理部１１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部１１は、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部１２、サンプリング処理部１３、検知処理部１４および測距処理部１５を機能的に備える。
【００４９】
制御部１２は、ガス検知装置Ｄの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、ガス検知装置Ｄの全体制御を司るものである。例えば、制御部１２は、周方向の走査方向に沿った互いに異なる複数の検知箇所で検知するために、前記周方向（走査方向）に沿った互いに異なる複数の方向へ順次に検知光Ｌｃおよび測距光Ｌｄをそれぞれ放射状に照射し、その第１および第２反射光Ｌｃｒ、Ｌｄｒを波長選択部５で順次にそれぞれ受光するように、偏向部１８を制御する。また例えば、制御部１２は、変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光ＬｃをＣＷ光で照射するように、第１駆動部３を介して第１光源部１を制御する。また例えば、制御部１２は、測距光Ｌｄをパルス光で照射するように、第２駆動部４を介して第２光源部２を制御する。
【００５０】
測距処理部１５は、測距光Ｌｄを照射した照射時点ｔ１と測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒを受光した受光時点ｔ２とに基づいて前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを求めるものである。より具体的には、測距処理部１５は、受光時点ｔ２から照射時点ｔ１を減算することで、測距光Ｌｄが第２光源部２から射出され前記物体Ｏｂで第２反射光Ｌｄｒとなりこの第２反射光Ｌｄｒが第２受光部７で受光されるまでの伝播時間τ（＝ｔ２−ｔ１）を求め、この求めた伝播時間τの半分を測距光の伝播速度に乗算することで当該ガス検知装置Ｄから前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを求める（ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｒｉｇｈｔ）方式）。測距処理部１５は、この求めた距離Ｄｓを制御部１２へ通知する。
【００５１】
サンプリング処理部１３は、第１および第２位相敏感検波部８、９それぞれの各検波出力信号を所定のサンプリング周期Ｓｐでそれぞれサンプリングするものである。サンプリング処理部１３は、これらサンプリングした各検波出力信号の各サンプリング結果を検知処理部１４へ通知する。なお、本実施形態では、サンプリング処理部１３は、制御処理部１１に機能的にソフトウェアで設けられたが、第１および第２位相敏感検波部８、９それぞれと制御処理部１１との間に介設されたハードウェア回路であっても良い。
【００５２】
検知処理部１４は、サンプリング処理部１３における各検波出力信号の各サンプリング結果に基づいて検知対象のガスＧＡを検知するものである。より具体的には、検知処理部１４は、いわゆる周波数変調方式（２ｆ検波法）を利用して検知対象のガスＧＡを検知している。ガスの光吸収スペクトルは、図４に示すように、吸収線の周波数ｆｃ近傍の範囲において、例えば２次関数のプロファイルのような吸収線の周波数ｆｃに対し線対称なプロファイルになっている。このため、上述したように、吸収線の周波数ｆｃを中心周波数ｆｃとして変調周波数ｆｍで周波数変調されたレーザー光がガスに照射されると、中心周波数ｆｃより短波長側の半周期の振動で、ガスを透過した後のレーザー光の強度は、１周期振動し、中心周波数ｆｃより長波長側の半周期の振動で、ガスを透過した後の前記レーザ光の強度は、もう１周期振動する。この結果、ガスを透過した後のレーザー光は、変調周波数ｆｍに対し２倍の周波数（２倍波）２ｆｍを持つ強度成分を含む。この２倍波２ｆｍの成分の強度は、図４から分かるように、ガス濃度に比例するので、この２倍波２ｆｍの成分を検出することでガス濃度が測定できる。そして、この２倍波２ｆｍの成分を変調周波数ｆｍの成分で規格化することで、検知対象のガスＧＡによる吸収を除く他の要因による受光強度の変動（ノイズ）が低減できる。このため、より詳しくは、検知処理部１４は、変調周波数ｆｍの成分を表す第１位相敏感検波部８の第１検波出力信号に対する第１サンプリング結果および２倍波２ｆｍの成分を表す第２位相敏感検波部９の第２検波出力信号に対する第２サンプリング結果に基づいて検知対象のガスＧＡを検知する。
【００５３】
検知処理部１４は、検知対象ガスＧＡの有無を判定することで前記検知対象のガスＧＡを検知しても良いが、好ましくは、検知処理部１４は、第１受光部６で受光した第１反射光Ｌｃｒ、すなわち、第１および第２位相敏感検波部８、９の第１および第２検波出力信号それぞれに対する第１および第２サンプリング結果に基づいて検知対象のガスＧＡにおける濃度厚み積を求めることで前記検知対象のガスＧＡを検知する。より具体的には、２倍波２ｆｍの成分（第２サンプリング結果）を変調周波数ｆｍの成分（第１サンプリング結果）で除算した除算結果と濃度厚み積との対応関係を表す関数式やルックアップテーブル等が予め求められて記憶部１７に記憶され、検知処理部１４は、第２位相敏感検波部９の第２検波出力信号に対する第２サンプリング結果を第１位相敏感検波部８の第１検波出力信号に対する第１サンプリング結果で除算し、この除算結果を前記関数式や前記ルックアップテーブル等によって濃度厚み積を変換して求めて前記検知対象のガスＧＡを検知する。
【００５４】
また好ましくは、測距処理部１５で物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを求めているので、検知処理部１４は、上述のように濃度厚み積を求め、この求めた濃度厚み積を前記測距処理部１５で測距した距離Ｄｓで除算して平均ガス濃度を求めることで前記検知対象のガスＧＡを検知する。
【００５５】
そして、本実施形態では、制御部１２は、上述の偏向部１８の制御における走査速度（この例では偏向ミラーにおける前記軸回りの回転速度（角速度））Ｖｓを取得し、この取得した走査速度Ｖｓおよび測距処理部１５で求めた前記物体Ｏｂまでの距離に基づいて、第１駆動部３を介して第１光源部１を制御し、第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２同期信号生成部２３、３３ならびに第１および第２ＬＰＦ部２２、２３それぞれを制御し、そして、サンプリング処理部１３を制御する。好ましくは、制御部１２は、前記取得した走査速度Ｖｓおよび前記求めた前記物体Ｏｂまでの距離に基づいて、第１駆動部３を介して第１光源部１から照射される検知光Ｌｃの変調周波数ｆｍを制御し、第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２同期信号生成部２３、３３の第１および第２同期信号の各周波数ならびに第１および第２ＬＰＦ部２２、２３の各遮断周波数ｆｃｕｔそれぞれを制御し、そして、サンプリング処理部１３のサンプリング周期Ｓｐを制御する。より好ましくは、制御部１２は、前記取得した走査速度Ｖｓおよび前記求めた前記物体Ｏｂまでの距離に応じた周波数（例えば高周波化した周波数）となるように、第１駆動部３を介して第１光源部１から照射される検知光Ｌｃの変調周波数ｆｍを制御し（ｆｍ→ｆｍ＋△ｆ＝ｆｍｃ、△ｆは、正または負の値）、この周波数変更後の前記変調周波数ｆｍｃに対応するように第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２同期信号生成部２３、３３の第１および第２同期信号の各周波数それぞれを制御し、この周波数変更後の前記変調周波数ｆｍｃに対応するように第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２ＬＰＦ部２２、２３の各遮断周波数ｆｃｕｔそれぞれを制御し、この周波数変更後の前記変調周波数ｆｍｃに対応するように、サンプリング処理部１３のサンプリング周期Ｓｐを制御する。
【００５６】
本実施形態では、上述から分かるように、制御部１２は、走査速度Ｖｓを取得する走査速度取得部と兼用され、前記走査速度取得部の一例に相当している。なお、走査速度Ｖｓは、予め所定値で記憶部１７に記憶される。あるいは、ガス検知装置Ｄは、図１に破線で示すように、走査速度Ｖｓを取得する走査速度取得部１９を備えても良い。この走査速度取得部１９は、例えば、外部から走査速度Ｖｓを受け付けて入力する例えばテンキー等であって良い。また例えば、走査速度取得部１９は、偏向部１８の角速度を実測し、この実測した角速度に基づいて前記走査速度Ｖｓを求める角速度計等であって良い。また例えば、走査速度取得部１９は、偏向部１８の角加速度を実測し、この実測した角加速度に基づいて前記走査速度Ｖｓを求める角加速度計等であって良い。
【００５７】
次に、ガス検知装置Ｄの動作について説明する。図５は、走査速度と測定箇所の密度との関係および距離と測定箇所の密度との関係を説明するための図である。図５Ａは、走査速度と測定箇所の密度との関係を説明するための図であり、図５Ｂは、距離と測定箇所の密度との関係を説明するための図である。図６は、実施形態におけるガス検知装置の動作を示すフローチャートである。図７は、走査速度と変調周波数との関係および距離と変調周波数との関係を説明するための図である。図７の横軸は、距離であり、その縦軸は、走査速度（角速度、角加速度）である。
【００５８】
まず、走査速度と測定箇所の密度との関係および距離と測定箇所の密度との関係について説明する。走査速度と測定箇所の密度との関係では、検知光Ｌｃを走査して測定する場合、走査速度Ｖｓを高速化すると、図５Ａに示すように、走査方向に沿った検知間隔が走査速度Ｖｓの高速化前に較べて拡がるため、検知箇所（測定点）の密度が粗くなってしまう。なお、図５Ａでは、高速化前の検知箇所が白丸（○）で示され、高速化後の検知箇所が黒丸（●）で示されている。また、図５Ａに示す例では、検知光Ｌｃの照射受光箇所（照受光点）を中心に検知光Ｌｃが放射状に照射され、放射方向と交差する周方向を走査方向として走査されているが、検知光Ｌｃが走査方向に沿って移動する場合も同様である。この検知箇所の密度が粗くなるため、前記走査方向に沿ったサンプリング周期Ｓｐ（サンプリング間隔、サンプリング周波数）を走査速度Ｖｓの高速化に応じて短周期化（短間隔化、高周波化）すると、前記測定箇所の密度の粗化（疎化）が低減される。例えば、走査速度Ｖｓを２倍にする場合、前記走査方向に沿ったサンプリング周期Ｓｐを半分にすれば、前記測定箇所の密度は、走査速度Ｖｓの高速化の前後で略同じになる。なお、図５Ａでは、高速化後で短サンプリング周期化の検知箇所が×で示されている。しかしながら、この場合、１つの測定箇所における受光信号のサンプル数が減少するため、検知精度が劣化（低下）してしまう。
【００５９】
一方、図５Ｂに示すように、検知光Ｌｃの照射受光箇所（照受光点）を中心に検知光Ｌｃを放射状に照射し、放射方向と交差する周方向を走査方向として走査して検知する場合、前記物体までの距離Ｄｓが延びると、走査方向（周方向）に沿った検知間隔が距離延長前に較べて拡がるため、走査速度Ｖｓの高速化に伴って生じる上述と同様の事情が生じる。この結果、同様に、１つの測定箇所における受光信号のサンプル数が減少するため、検知精度が劣化（低下）してしまう。
【００６０】
このため、本実施形態におけるガス検知装置Ｄでは、制御部１２が走査速度Ｖｓおよび前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓに基づいて第１駆動部３を介して第１光源部１、第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２同期信号生成部２３、３３および第１および第２ＬＰＦ部２２、３２、ならびに、サンプリング処理部１３それぞれを次のように制御し、走査速度Ｖｓの高速化および前記物体までの距離Ｄｓの延長に伴う検知精度の劣化を低減している。
【００６１】
より具体的には、ガス検知装置Ｄは、次のように動作している。ガス検知装置Ｄは、起動すると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。また、制御処理プログラムの実行によって、制御処理部１１には、制御部１２、サンプリング処理部１３、検知処理部１４および測距処理部１５が機能的に構成される。そして、ガス検知装置Ｄは、走査中において、次のように動作している。
【００６２】
図６において、まず、制御処理部１１の制御部１２は、前記物体までの距離Ｄｓを取得する（Ｓ１）。より具体的には、制御部１２は、第２光源部２から、測距光Ｌｄをパルス光で射出するように、第２駆動部４を介して第２光源部２を制御し、前記測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒを波長選択部５を介して第２受光部７で受光し、第２受光部７は、その光電変換した第２受光部７の第２出力信号ＳＧ２を増幅部１０およびＡＤ部２０を介して制御処理部１１へ出力し、制御処理部１１は、測距処理部１５によって前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを求める。より詳しくは、第２光源部２から射出された測距光Ｌｄは、偏向部１８に入射され、偏向部１８で偏向され、前記物体Ｏｂに照射される。測距光Ｌｄが照射された前記物体Ｏｂは、例えば、正反射や散乱反射等によって測距光Ｌｄに基づく第２反射光Ｌｄｒを生成する。この第２反射光Ｌｄｒは、偏向部１８に入射され、偏向部１８で波長選択部５へ偏向され、波長選択部５を介して第２受光部７に受光される。第２受光部７は、その光電変換した第２受光部７の第２出力信号ＳＧ２を、増幅部１０で増幅し、ＡＤ部でデジタル化して制御処理部１１へ出力する。制御処理部１１では、測距処理部１５は、受光時点ｔ２から照射時点ｔ１を減算することで、パルス光の測距光Ｌｄを第２光源部２から射出してから前記測距光Ｌｄの第２反射光Ｌｄｒを第２受光部７で受光するまでの伝播時間τ（＝ｔ２−ｔ１）を求め、この求めた伝播時間τの半分を測距光Ｌｄの伝播速度（この例では光速）に乗算することで当該ガス検知装置Ｄから前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを求める。
【００６３】
次に、制御部１２は、走査速度Ｖｓを取得する（Ｓ２）。本実施形態では、制御部１２は、偏向部１８の制御に用いた走査速度Ｖｓを取得する。なお、上述したように、走査速度Ｖｓは、外部から走査速度取得部１９によって受け付けられて入力されることで取得されて良く、また、例えば角速度計や角加速度計等の走査速度取得部１９によって偏向部１８の角速度を実測することで取得されて良い。
【００６４】
次に、制御部１２は、処理Ｓ１で取得した前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓおよび処理Ｓ２で取得した走査速度Ｖｓに基づいて第１駆動部３を介して第１光源部１、第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２同期信号生成部２３、３３および第１および第２ＬＰＦ部２２、３２、ならびに、サンプリング処理部１３それぞれを制御する（Ｓ３）。より具体的には、制御部１２は、処理Ｓ１で取得した前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓおよび処理Ｓ２で取得した走査速度Ｖｓに応じた周波数となるように、第１駆動部３を介して第１光源部１から照射される検知光Ｌｃの変調周波数ｆｍを制御し（ｆｍ→ｆｍｃ）、この周波数変更後の前記変調周波数ｆｍｃに対応するように第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２同期信号生成部２３、３３の第１および第２同期信号の各周波数それぞれを制御し、この周波数変更後の前記変調周波数ｆｍｃに対応するように第１および第２位相敏感検波部８、９における第１および第２ＬＰＦ部２２、２３の各遮断周波数ｆｃｕｔそれぞれを制御し、この周波数変更後の前記変調周波数ｆｍｃに対応するように、サンプリング処理部１３のサンプリング周期Ｓｐを制御する。
【００６５】
より詳しくは、本実施形態では、走査速度Ｖｓおよび距離Ｄｓと変調周波数ｆｍｃ、遮断周波数ｆｃｕｔ（第１ＬＰＦ部２２の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１と第２ＬＰＦ部３２の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２）およびサンプリング周期Ｓｐ（第１位相敏感検波部８の出力に対する第１サンプリング周期Ｓｐ１と第２位相敏感検波部９の出力に対する第２サンプリング周期Ｓｐ２）との対応関係が予め記憶部１７に記憶されている。制御部１２は、まず、処理Ｓ１で取得した前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓおよび処理Ｓ２で取得した走査速度Ｖｓから、前記対応関係で変調周波数ｆｍｃ、遮断周波数ｆｃｕｔ（ｆｃｕｔ１、ｆｃｕｔ２）およびサンプリング周期Ｓｐ（Ｓｐ１、Ｓｐ２）を求める。そして、制御部１２は、この求めた変調周波数ｆｍｃで周波数変調した検知光Ｌｃを照射するように第１駆動部３を介して第１光源部１を制御し、この求めた変調周波数ｆｍｃの第１同期信号ＳＳ１を生成するように、第１位相敏感検波部８の第１同期信号生成部２３を制御し、この求めた変調周波数ｆｍｃの２倍の周波数２ｆｍｃの第２同期信号ＳＳ２を生成するように、第２位相敏感検波部９の第２同期信号生成部３３を制御し、この求めた第１遮断周波数ｆｃｕｔ１となるように第１選択スイッチＳＷ１を切り換えることで第１ＬＰＦ部２２を制御し、この求めた第２遮断周波数ｆｃｕｔ２となるように第２選択スイッチＳＷ２を切り換えることで第２ＬＰＦ部３２を制御し、第１位相敏感検波部８から出力された第１検波出力信号を第１サンプリング周期Ｓｐ１でサンプリングし第２位相敏感検波部９から出力された第２検波出力信号を第２サンプリング周期Ｓｐ２でサンプリングするように、サンプリング処理部１３を制御する。
【００６６】
前記対応関係は、一例では、図７に示すように、距離別および走査速度別に９個の領域に区分けされ、各領域には、互いに異なる第１ないし第５変調周波数ｆｍｃ、互いに異なる第１ないし第５遮断周波数ｆｃｕｔ（第１ＬＰＦ部２２の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１と第２ＬＰＦ部３２の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２）および互いに異なる第１ないし第５サンプリング周期Ｓｐ（第１位相敏感検波部８の出力に対する第１サンプリング周期Ｓｐ１と第２位相敏感検波部９の出力に対する第２サンプリング周期Ｓｐ２）のいずれかが割り付けられている。より詳しくは、距離Ｄｓは、ガス検知装置Ｄから近距離（０≦Ｄｓ１≦Ｄｓ＜Ｄｓ２）、中距離（Ｄｓ２≦Ｄｓ＜Ｄｓ３）および遠距離（Ｄｓ３≦Ｄｓ＜Ｄｓ４）の３個に区分けされ、走査速度Ｖｓは、低速（０≦Ｖｓ１≦Ｖｓ＜Ｖｓ２）、中速（Ｖｓ２≦Ｖｓ＜Ｖｓ３）および高速（Ｖｓ３≦Ｖｓ＜Ｖｓ４）の３個に区分けされる。そして、これら３個の近距離、中距離および遠距離と３個の低速、中速および高速との３×３のマトリクスにより、前記対応関係は、前記９個の領域に区分けされている。前記低速における近距離、中距離および遠距離の各領域には、それぞれ、第１種類（Ｚｏｎｅ１）、第２種類（Ｚｏｎｅ２）および第３種類（Ｚｏｎｅ３）が割り当てられている。前記中速における近距離、中距離および遠距離の各領域には、それぞれ、第２種類（Ｚｏｎｅ２）、第３種類（Ｚｏｎｅ３）および第４種類（Ｚｏｎｅ４）が割り当てられている。前記高速における近距離、中距離および遠距離の各領域には、それぞれ、第３種類（Ｚｏｎｅ３）、第４種類（Ｚｏｎｅ４）および第５種類（Ｚｏｎｅ５）が割り当てられている。そして、変調周波数ｆｍｃは、第１種類から第５種類へ順次に高くなるように設定されている（第１種類の変調周波数ｆｍｃ１＜第２種類の変調周波数ｆｍｃ２＜第３種類の変調周波数ｆｍｃ３＜第４種類の変調周波数ｆｍｃ４＜第５種類の変調周波数ｆｍｃ５）。第１ＬＰＦ部２２の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１は、第１種類から第５種類へ順次に高くなるように設定されている（第１種類の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１１＜第２種類の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１２＜第３種類の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１３＜第４種類の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１４＜第５種類の第１遮断周波数ｆｃｕｔ１５）。第２ＬＰＦ部３２の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２は、第１種類から第５種類へ順次に高くなるように設定されている（第１種類の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２１＜第２種類の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２２＜第３種類の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２３＜第４種類の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２４＜第５種類の第２遮断周波数ｆｃｕｔ２５）。第１位相敏感検波部８の出力に対する第１サンプリング周期Ｓｐ１は、第１種類から第５種類へ順次に短くなるように設定されている（第１種類の第１サンプリング周期Ｓｐ１１＞第２種類の第１サンプリング周期Ｓｐ１２＞第３種類の第１サンプリング周期Ｓｐ１３＞第４種類の第１サンプリング周期Ｓｐ１４＞第５種類の第１サンプリング周期Ｓｐ１５）。第２位相敏感検波部９の出力に対する第２サンプリング周期Ｓｐ２は、第１種類から第５種類へ順次に短くなるように設定されている（第１種類の第２サンプリ���グ周期Ｓｐ２１＞第２種類の第２サンプリング周期Ｓｐ２２＞第３種類の第２サンプリング周期Ｓｐ２３＞第４種類の第２サンプリング周期Ｓｐ２４＞第５種類の第２サンプリング周期Ｓｐ２５）。
【００６７】
このように処理Ｓ３によって検知光Ｌｃの変調周波数ｆｍ（＝ｆｍｃ）、第１位相敏感検波部８における第１同期信号の周波数ｆｍｃおよび第１遮断周波数ｆｃｕｔ１、第２位相敏感検波部９における第２同期信号の周波数２ｆｍｃおよび第２遮断周波数ｆｃｕｔ２、ならびに、サンプリング処理部１３の第１および第２サンプリング周期Ｓｐ１、Ｓｐ２が設定されると、制御部１２は、検知光Ｌｃを照射し、その第１反射光Ｌｃｒを受光し、位相敏感検波し、その検波結果をサンプリングする（Ｓ４）。より具体的には、制御部１２の制御によって、第１光源部１は、中心周波数ｆｃを中心に変調周波数ｆｍｃで周波数変調した検知光Ｌｃを連続光で射出し、この検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒを波長選択部５を介して第１受光部６で受光し、第１受光部６は、その光電変換した第１受光部６の第１出力信号ＳＧ１を第１および第２位相敏感検波部８、９それぞれへ出力し、制御部１２の制御によって、第１および第２位相敏感検波部８、９それぞれは、第１出力信号ＳＧ１を位相敏感検波し、第１および第２検波出力信号を制御処理部１１へ出力し、制御部１２の制御によって、サンプリング処理部１３は、第１位相敏感検波部８からの第１検波出力信号を第１サンプリング周期Ｓｐ１でサンプリングし、第２位相敏感検波部９からの第２検波出力信号を第２サンプリング周期Ｓｐ２でサンプリングする。
【００６８】
そして、制御処理部１１は、検知処理部１４によって、サンプリング処理部１３における各検波出力信号の各サンプリング結果に基づいて検知対象のガスＧＡを検知し、この検知結果を他の機器へ出力する（Ｓ５）。本実施形態では、検知処理部１４は、第２位相敏感検波部９の第２検波出力信号に対する第２サンプリング結果（２倍波２ｆｍｃの成分）を第１位相敏感検波部８の第１検波出力信号に対する第１サンプリング結果（変調周波数ｆｍｃの成分）で除算し、この除算結果を、予め記憶部１７に記憶された例えば前記ルックアップテーブル等によって濃度厚み積に変換して求めて前記検知対象のガスを検知する。好ましくは、検知処理部１４は、さらに、この求めた濃度厚み積を測距処理部１５で求めた前記距離Ｄｓで除算して平均ガス濃度を求めてもよい。
【００６９】
そして、このような動作が走査中、繰り返し、実施される。
【００７０】
なお、上述から分かるように、第１光源部１、第１駆動部３、偏向部１８および制御処理部１１が検知光光源部の一例に相当し、第２光源部２、第２駆動部４、偏向部１８、波長選択部５、第２受光部７、増幅部１０、ＡＤ部２０および制御処理部１１が測距部の一例に相当する。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態におけるガス検知装置Ｄおよびこれに実装されたガス検知方法は、制御部１２が前記走査速度Ｖｓおよび前記距離Ｄｓに基づいて第１光源部１の検知光Ｌｃ、第１および第２位相敏感検波部８、９の第１および第２同期信号生成部２３、３３および第１および第２ＬＰＦ部２２、３２、ならびに、サンプリング処理部１３それぞれを制御するので、走査速度を高速化しつつ前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓが延びても、高速化した走査速度Ｖｓおよび前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓに応じて検知光Ｌｃの変調周波数ｆｍ、第１および第２同期信号ＳＳ１、ＳＳ２の周波数、第１および第２ＬＰＦ部２２、３２の第１および第２遮断周波数ｆｃｕｔ１、ｆｃｕｔ２およびサンプリング処理部１３の第１および第２サンプリング周期Ｓｐ１、Ｓｐ２それぞれの制御が可能であるから、走査速度Ｖｓの高速化および前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓの延長に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【００７２】
上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、検知光Ｌｃの第１光軸および測距光Ｌｄの第２光軸が互いに平行であるので、検知光Ｌｃと測距光Ｌｄとの干渉を防止できるから、より高精度にガスを検知できる。特に、前記第１および第２光軸は、互いに近接して平行、より好ましくは、互いに重ならないで最近接して平行とすることで、このようなガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、互いの干渉を防止しつつ、前記物体Ｏｂまでの距離をより正確に測距できるから、より高精度にガスを検知できる。
【００７３】
上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、第１受光部６の受光感度波長帯と第２受光部７の第２受光感度波長帯とが所定の感度閾値以上で互いに異なるので、第１受光部６で第２反射光Ｌｄｒの受光を低減でき、第２受光部７で第１反射光Ｌｃｒの受光を低減できる。このため、上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、第１受光部６で第２反射光Ｌｄｒの受光によるノイズを低減でき、第２受光部７で第１反射光Ｌｃの受光によるノイズを低減できるから、より高精度にガスを検知できる。また、このため、上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、第１受光部６における、第２反射光Ｌｄｒの受光を低減するためのフィルターや、第２受光部７における、第１反射光Ｌｃｒの受光を低減するためのフィルターを、上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法に要求される精度によっては省略できる可能性がある。
【００７４】
上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、検知光Ｌｃとしてメタンの最も吸収の強い、Ｒ（３）線である波長１６５３ｎｍまたはＲ（４）線である波長１６５１ｎｍのレーザー光を用いるので、検知対象のガスＧＡとしてメタンを好適に検知できる。また、検知光Ｌｃの波長を波長１６５３ｎｍまたは波長１６５１ｎｍに設定することで、上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、波長１６００ｎｍ帯に対し受光感度を持つＩｎＧａＡｓの受光素子を好適に第１受光部６として利用できる。
【００７５】
上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、測距光Ｌｄの波長を８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲のいずれかの波長に設定するので、この波長範囲８００ｎｍ〜１０００ｎｍに対し受光感度を持つＳｉの受光素子を好適に第２受光部７として利用できる。
【００７６】
上記ガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、検知対象のガスＧＡを検知するシステム系と測距するシステム系とは、別系統で独立している。
【００７７】
なお、上述の実施形態では、検知光Ｌｃの第１光軸と測距光Ｌｄの第２光軸とは、互いに近接して平行であったが、検知光Ｌｃの第１光軸と測距光Ｌｄの第２光軸とは、略同軸であってもよい。すなわち、検知光Ｌｃの第１光軸と測距光Ｌｄの第２光軸とが互いに略同軸となるように、第１光源部１および第２光源部２が偏向部１８に対して配置される。これによれば、前記第１および第２光軸が互いに略同軸であるので、このようなガス検知装置Ｄは、確実に、反射光Ｌｃｒを生成する物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを測距できるから、より高精度にガスを検知できる。
【００７８】
また、上述の実施形態では、制御部１２は、前記走査速度Ｖｓおよび前記距離Ｄｓに基づいて第１光源部１の検知光Ｌｃ、第１および第２位相敏感検波部８、９の第１および第２同期信号生成部２３、３３および第１および第２ＬＰＦ部２２、３２、ならびに、サンプリング処理部１３それぞれを制御したが、制御部１２は、前記走査速度Ｖｓに基づいて第１光源部１の検知光Ｌｃ、第１および第２位相敏感検波部８、９の第１および第２同期信号生成部２３、３３および第１および第２ＬＰＦ部２２、３２、ならびに、サンプリング処理部１３それぞれを制御してもよい。この場合では、図７において、例えば、低速における近距離、中距離および遠距離の各領域が走査速度Ｖｓと変調周波数ｆｍｃ、遮断周波数ｆｃｕｔ（ｆｃｕｔ１、ｆｃｕｔ２）およびサンプリング周期Ｓｐ（Ｓｐ１、Ｓｐ２）との対応関係として用いられる。また例えば、中速における近距離、中距離および遠距離の各領域が上記対応関係として用いられる。また例えば、高速における近距離、中距離および遠距離の各領域が上記対応関係として用いられる。これによれば、走査速度を高速化しても、高速化した走査速度Ｖｓに応じて検知光Ｌｃの変調周波数ｆｍ、第１および第２同期信号ＳＳ１、ＳＳ２の周波数、第１および第２ＬＰＦ部２２、３２の第１および第２遮断周波数ｆｃｕｔ１、ｆｃｕｔ２およびサンプリング処理部１３の第１および第２サンプリング周期Ｓｐ１、Ｓｐ２それぞれの制御が可能であるから、走査速度Ｖｓの高速化に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【００７９】
あるいは、制御部１２は、前記距離Ｄｓに基づいて第１光源部１の検知光Ｌｃ、第１および第２位相敏感検波部８、９の第１および第２同期信号生成部２３、３３および第１および第２ＬＰＦ部２２、３２、ならびに、サンプリング処理部１３それぞれを制御してもよい。この場合では、図７において、例えば、近距離における低速、中速および高速の各領域が距離Ｄｓと変調周波数ｆｍｃ、遮断周波数ｆｃｕｔ（ｆｃｕｔ１、ｆｃｕｔ２）およびサンプリング周期Ｓｐ（Ｓｐ１、Ｓｐ２）との対応関係として用いられる。また例えば、中距離における低速、中速および高速の各領域が上記対応関係として用いられる。また例えば、遠距離における低速、中速および高速の各領域が上記対応関係として用いられる。これによれば、前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓが延びても、前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓに応じて検知光Ｌｃの変調周波数ｆｍ、第１および第２同期信号ＳＳ１、ＳＳ２の周波数、第１および第２ＬＰＦ部２２、３２の第１および第２遮断周波数ｆｃｕｔ１、ｆｃｕｔ２およびサンプリング処理部１３の第１および第２サンプリング周期Ｓｐ１、Ｓｐ２それぞれの制御が可能であるから、前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓの延長に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【００８０】
また、これら上述の実施形態において、第１および第２光源部１、２が半導体レーザーを備える場合に、前記半導体レーザーを安定的に動作させるために、例えば温度センサおよびペルチェ素子等を備え、温度管理されても良い。
【００８１】
また、これら上述の実施形態において、ガス検知装置Ｄは、ノイズを低減するために、第１受光部６の入射側に、検知光Ｌｃの反射光Ｌｃｒの波長を含む所定の波長帯域内の光を透過する第１バンドパスフィルターをさらに備えて良い。同様に、ガス検知装置Ｄは、ノイズを低減するために、第２受光部７の入射側に、測距光Ｌｄの反射光Ｌｄｒの波長を含む所定の波長帯域内の光を透過する第２バンドパスフィルターをさらに備えて良い。
【００８２】
また、これら上述の実施形態において、第１および第２位相敏感検波部８、９は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等に機能的に構成され、デジタル信号処理によって位相敏感検波が実行されても良い。この場合、第１受光部６の第１出力信号ＳＧ１は、アナログ−デジタル変換器を介して前記ＤＳＰ等に入力される。
【００８３】
また、これら上述の実施形態において、ガス検知装置Ｄは、実測した前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓに基づいて位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するタイミング調整部をさらに備えてもよい。例えば、ガス検知装置Ｄには、図１に破線で示すように、前記タイミング調整部として、測距処理部１５で求められた前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓに基づいて第１および第２位相敏感検波部８、９の同期検波タイミングを調整するタイミング調整処理部１６が制御処理部１１に機能的にさらに設けられる。
【００８４】
図８は、第１および第２位相敏感検波部において、出力信号に対する同期信号の検波同期タイミングを説明するための図である。図８Ａは、出力信号と同期信号との間で位相差０度の場合を示し、図８Ｂは、出力信号と同期信号との間で位相差９０度の場合を示し、そして、図８Ｃは、出力信号と同期信号との間で位相差０度の場合を示す。図８Ａないし図８Ｃの各図において、上段から下段へ順に、出力信号、同期信号、検波部の出力およびＬＰＦ部の出力それぞれが示されており、その横軸は、時間であり、その縦軸は、信号レベル（信号強度）である。図９は、この変形形態におけるガス検知装置の検波同期タイミングの調整を説明するための図である。図９において、上段から下段へ順に、検知光（送信波）Ｌｃ、変調周波数（基本波）ｆｍの成分、第１同期信号ＳＳ１、２倍波２ｆｍの成分および第２同期信号ＳＳ２それぞれが示されており、その横軸は、時間であり、その縦軸は、信号レベル（信号強度）である。
【００８５】
まず、第１および第２位相敏感検波部８、９における検波同期タイミング（位相調整）の意義について説明する。位相敏感検波では、その検波出力信号（ＬＰＦ部の出力）は、図８に示すように、検波対象の出力信号と同期信号との間で位相差によって異なる。出力信号と同期信号との間の位相差が０度である場合（すなわち、出力信号と同期信号とが互いに同期（ロック）している場合）には、図８Ａに示すように、検波部は、出力信号を適正に検波でき、ＬＰＦ部から適正な出力が得られる。一方、例えば、出力信号と同期信号との間の位相差が９０度である場合や前記位相差が１８０度である場合（すなわち、出力信号と同期信号とが同期（ロック）していない場合）には、図８Ｂや図８Ｃに示すように、検波部は、出力信号を適正に検波できず、ＬＰＦ部から適正な出力が得られない。このため、位相敏感検波では、出力信号と同期信号との間の位相差が０度となるように同期信号の位相を調整する必要がある。
【００８６】
周波数変調方式（２ｆ検波法）では、変調周波数ｆｍを高周波化すると、検知光の伝播時間による同期信号の位相遅れが生じる。変調周波数ｆｍを高周波化した結果の周波数が数ｋＨｚや１０ｋＨｚ程度では、予め設定された所定のタイミングで同期を実施しても、この位相遅れにより検知精度の劣化は、目立たない（問題とならない）が、より高速に検知するために、変調周波数ｆｍをより高周波化すると、伝播時間による同期信号の位相遅れが大きくなり、伝播時間の影響が大きい。例えば、同距離の物体Ｏｂにおいて、相対的に低周波な変調周波数（例えば１０ｋＨｚ等）ｆｍでは、約１度の位相遅れであった場合に、変調周波数ｆｍを１０倍に高周波化すると（上記の例では１００ｋＨｚ）、約１０度の位相遅れになってしまう。
【００８７】
このため、上述のタイミング調整処理部１６がさらに備えられ、このようなガス検知装置Ｄは、前記物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを実測するので、検知光Ｌｃおよびその第１反射光Ｌｃｒの伝播時間を求めることができ、この伝播時間に基づく同期検波タイミングを求めることができる。そして、このガス検知装置Ｄは、この求めた同期検波タイミングで第１および第２位相敏感検波部８、９の同期検波タイミングを調整するので、変調周波数ｆｍ（ｆｍｃ）をより高周波化しても、検知精度の劣化を低減できる。
【００８８】
より具体的には、第１受光部６は、ガス検知装置Ｄから照射されたＣＷ光の検知光Ｌｃが前記物体Ｏｂまで伝播し前記物体Ｏｂで第１反射光Ｌｃｒとなって再びガス検知装置Ｄまで伝播して来た第１反射光Ｌｃｒを受光し、第１出力信号ＳＧ１を出力する。このため、第１受光部６から出力される第１出力信号ＳＧ１に含まれる変調周波数ｆｍ（ｆｍｃ）の成分の位相が０度となるタイミング（変調周波数ｆｍ（ｆｍｃ）の成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が０となるタイミング）は、図９に示すように、検知光Ｌｃの位相が０度となるタイミング（周波数変調された検知光Ｌｃの周波数が中心周波数ｆｃとなるタイミング）から、前記物体Ｏｂまでを往復する距離２Ｄｓの伝播時間△Ｔ１だけ遅れることになる（第１遅延時間△Ｔ１）。そして、第１受光部６から出力される第１出力信号ＳＧ１に含まれる２倍波２ｆｍの成分の位相が０度となるタイミング（２倍波２ｆｍの成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が０となるタイミング）も、検知光Ｌｃの位相が０度となるタイミングから、前記伝播時間（遅延時間）△Ｔ１だけ遅れることになる。そして、本実施形態では、図９に示すように、例えば回路における遅延や周波数変調の中心ずれ等の影響を考慮して予め設定された調整遅延時間△Ｔ１２が前記伝播時間（遅延時間）△Ｔ１に加えられている。すなわち、第１受光部６から出力される第１出力信号ＳＧ１に含まれる２倍波２ｆｍの成分の位相が０度となるタイミングは、第２遅延時間△Ｔ２＝△Ｔ１＋△Ｔ１２で調整されている。
【００８９】
したがって、このような第１受光部６から出力される第１出力信号ＳＧ１に含まれる変調周波数ｆｍ（ｆｍｃ）の成分を同期検波するために、タイミング調整処理部１６は、測距処理部１５で求められた物体Ｏｂまでの距離Ｄｓから、前記物体Ｏｂまでを往復する距離２Ｄｓの伝播時間△Ｔ１を求めて前記第１遅延時間△Ｔ１を求め、検知光Ｌｃの位相が０度となるタイミングから第１遅延時間△Ｔ１だけ遅れて０度の位相（パルスの立ち上がり）となる第１同期信号ＳＳ１を第１検波部２１へ出力するように、第１移相部２４を制御する第１位相調整信号を第１移相部２４へ出力し、第１移相部２４を制御する。これによって第１位相敏感検波部８では、変調周波数ｆｍ（ｆｍｃ）の成分と第１同期信号ＳＳ１とが互いに同期し（変調周波数ｆｍ（ｆｍｃ）の成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が０となるタイミング＝第１同期信号ＳＳ１におけるパルスの立ち上がりタイミング）、第１出力信号ＳＧ１に含まれる変調周波数ｆｍ（ｆｍｃ）の成分が検波され、第１位相敏感検波部８から制御処理部１１へ出力される。同様に、このような第１受光部６から出力される第１出力信号ＳＧ１に含まれる２倍波２ｆｍ（２ｆｍｃ）の成分を同期検波するために、タイミング調整処理部１６は、測距処理部１５で求められた物体Ｏｂまでの距離Ｄｓから、前記物体Ｏｂまでを往復する距離２Ｄｓの伝播時間△Ｔ１を求めて前記第２遅延時間△Ｔ２（＝△Ｔ１＋△Ｔ１２）を求め、検知光Ｌｃの位相が０度となるタイミングから前記第２遅延時間△Ｔ２だけ遅れて０度の位相（パルスの立ち上がり）となる第２同期信号ＳＳ２を第２検波部３１へ出力するように、第２移相部３４を制御する第２位相調整信号を第２移相部３４へ出力し、第２移相部３４を制御する。これによって第２位相敏感検波部９では、２倍波２ｆｍ（２ｆｍｃ）の成分と第２同期信号ＳＳ２とが互いに同期し（２倍波２ｆｍ（２ｆｍｃ）の成分において、その振幅がマイナスからプラスへ変わる際の前記振幅が０となるタイミング＝第２同期信号ＳＳ２におけるパルスの立ち上がりタイミング）、第１出力信号ＳＧ１に含まれる２倍波２ｆｍ（２ｆｍｃ）の成分が検波され、第２位相敏感検波部９から制御処理部１１へ出力される。このような検波同期タイミング△Ｔの調整処理Ｓ１１は、例えば、図６に破線で示すように、処理Ｓ４と処理Ｓ５との間に実行される。
【００９０】
このように制御処理部１１のタイミング調整処理部１６によって第１および第２移相部２４、３４それぞれを制御することで、測距処理部１５で求めた物体Ｏｂまでの距離Ｄｓに基づいて、第１出力信号ＳＧ１と第１同期信号ＳＳ１とが互いに同期し第２出力信号ＳＧ２と第２同期信号ＳＳ２とが互いに同期するように、第１および第２同期信号ＳＳ１、ＳＳ２が調整される。
【００９１】
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
【００９２】
一態様にかかるガス検知装置は、ガスを検知するガス検知装置であって、所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光光源部と、前記検知光の物体による反射光を受光する検知光受光部と、前記検知光受光部の受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、前記位相敏感検波部の検波出力信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて、当該ガス検知装置と前記物体との間のガスを検知するガス検知部と、前記検知光光源部の走査速度を取得する走査速度取得部と、前記走査速度取得部で取得した走査速度が速いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光光源部を制御する制御部とを備える。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記位相敏感検波部は、前記検知光受光部の受光出力信号を同期信号で同期検波する検波部を含み、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づき、前記同期信号を変更する。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記位相敏感検波部は、前記検波部の出力信号が入力され、遮断周波数よりも高い周波数の成分を低下させるローパスフィルター部を含み、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づき、前記遮断周波数を変更する。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度が速いほど短い周期でサンプリングするように、前記サンプリング部を制御する。好ましくは、他の一態様において、ガス検知装置は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光光源部と、前記検知光の反射光を受光する受光部と、前記受光部の受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、前記位相敏感検波部の検波出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知部と、前記検知光光源部の走査速度を取得する走査速度取得部と、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づいて前記検知光光源部、前記位相敏感検波部および前記サンプリング部それぞれを制御する制御部とを備え、前記位相敏感検波部は、前記変調周波数の２倍の周波数の同期信号を生成する同期信号生成部と、前記受光部の受光出力信号を前記同期信号生成部の同期信号で同期検波する検波部と、前記検波部の同期検波出力信号を濾波するローパスフィルター部とを備え、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づいて前記検知光光源部、前記位相敏感検波部の同期信号生成部および前記ローパスフィルター部、ならびに、前記サンプリング部それぞれを制御する。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づいて前記検知光光源部の変調周波数、前記位相敏感検波部の同期信号生成部における前記同期信号の周波数、前記位相敏感検波部の前記ローパスフィルター部における過遮断周波数、および、前記サンプリング部のサンプリング周期それぞれを制御する。より好ましくは、上述のガス検知装置において、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に応じた周波数（例えば高周波化した周波数）となるように前記検知光光源部の変調周波数、周波数変更後の前記変調周波数に対応するように前記位相敏感検波部の同期信号生成部における前記同期信号の周波数、周波数変更後の前記変調周波数に対応するように前記位相敏感検波部の前記ローパスフィルター部における遮断周波数、および、周波数変更後の前記変調周波数に対応するように前記サンプリング部のサンプリング周期それぞれを制御する。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記検知光光源部は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を射出する光源部と、前記光源部から射出された前記検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する偏向部を備える。周波数変調方式（２ｆ検波法）で検知対象のガスを検知する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記位相敏感検波部は、前記所定の変調周波数に基づいて前記受光部の出力信号を位相敏感検波する第１位相敏感検波部と、前記所定の変調周波数に対する２倍の周波数に基づいて前記受光部の出力信号を位相敏感検波する第２位相敏感検波部とを備え、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度に基づいて、前記第１位相敏感検波部の第１ローパスフィルター部および前記第２位相敏感検波部の第２ローパスフィルター部それぞれを制御する。前記検知対象のガスにおける濃度厚み積を求める観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記ガス検知部は、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて検知対象のガスにおける濃度厚み積を求めることで前記検知対象のガスを検知する。
【００９３】
このようなガス検知装置は、制御部が走査速度取得部で取得した走査速度に基づき検知光光源部を制御するので、走査速度を高速化しても、高速化した走査速度に応じて検知光の変調周波数の制御が可能であるから、走査速度の高速化に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【００９４】
他の一態様では、上述のガス検知装置において、前記物体までの距離を測定する測距部をさらに備え、前記制御部は、前記走査速度取得部で取得した走査速度および前記測距部で測定した前記物体までの距離に基づいて前記サンプリング部のサンプリング周波数を制御する。測距部で距離を測定していることを活用する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記ガス検知部は、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて検知対象のガスにおける濃度厚み積を求め、この求めた濃度厚み積を前記測距部で測距した距離で除算して平均ガス濃度を求めることで前記検知対象のガスを検知する。
【００９５】
このようなガス検知装置は、前記走査速度取得部で取得した走査速度および前記測距部で測定した前記物体までの距離に基づいて前記サンプリング部のサンプリング周波数を制御するので、走査速度の高速化に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【００９６】
他の一態様にかかるガス検知装置は、ガスを検知するガス検知装置であって、所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光光源部と、前記検知光の物体による反射光を受光する検知光受光部と、前記検知光受光部の受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、前記位相敏感検波部の検波出力信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて、当該ガス検知装置と前記物体との間のガスを検知するガス検知部と、前記物体までの距離を測定する測距部と、前記測距部で測定した前記物体までの距離が遠いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光光源部を制御する制御部とを備える。好ましくは、他の一態様において、ガス検知装置は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光光源部と、前記検知光の反射光を受光する受光部と、前記受光部の受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、前記位相敏感検波部の検波出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知部と、前記検知光が照射され前記検知光に基づく前記反射光を生成する物体までの距離を測定する測距部と、前記測距部で測定した前記物体までの距離に基づいて前記検知光光源部、前記位相敏感検波部および前記サンプリング部それぞれを制御する制御部とを備え、前記検知光光源部は、前記検知光を放射状に照射することで前記検知光を走査しながら照射し、前記位相敏感検波部は、前記変調周波数の２倍の周波数の同期信号を生成する同期信号生成部と、前記受光部の受光出力信号を前記同期信号生成部の同期信号で同期検波する検波部と、前記検波部の同期検波出力信号を濾波するローパスフィルター部とを備え、前記制御部は、前記測距部で測定した前記物体までの距離に基づいて前記検知光光源部、前記位相敏感検波部の同期信号生成部および前記ローパスフィルター部、ならびに、前記サンプリング部それぞれを制御する。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記制御部は、前記測距部で測定した前記物体までの距離に基づいて前記検知光光源部の変調周波数、前記位相敏感検波部の同期信号生成部における前記同期信号の周波数、前記位相敏感検波部の前記ローパスフィルター部における過遮断周波数、および、前記サンプリング部のサンプリング周期それぞれを制御する。より好ましくは、上述のガス検知装置において、前記制御部は、前記測距部で測定した前記物体までの距離に応じた周波数（例えば高周波化した周波数）となるように前記検知光光源部の変調周波数、周波数変更後の前記変調周波数に対応するように前記位相敏感検波部の同期信号生成部における前記同期信号の周波数、周波数変更後の前記変調周波数に対応するように前記位相敏感検波部の前記ローパスフィルター部における遮断周波数、および、周波数変更後の前記変調周波数に対応するように前記サンプリング部のサンプリング周期それぞれを制御する。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記検知光光源部は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を射出する光源部と、前記光源部から射出された前記検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する偏向部を備える。周波数変調方式（２ｆ検波法）で検知対象のガスを検知する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記位相敏感検波部は、前記所定の変調周波数に基づいて前記受光部の出力信号を位相敏感検波する第１位相敏感検波部と、前記所定の変調周波数に対する２倍の周波数に基づいて前記受光部の出力信号を位相敏感検波する第２位相敏感検波部とを備え、前記制御部は、前記測距部で測定した前記物体までの距離に基づいて、前記第１位相敏感検波部の第１ローパスフィルター部および前記第２位相敏感検波部の第２ローパスフィルター部それぞれを制御する。前記検知対象のガスにおける濃度厚み積を求める観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記ガス検知部は、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて検知対象のガスにおける濃度厚み積を求めることで前記検知対象のガスを検知する。測距部で距離を測定していることを活用する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記ガス検知部は、前記サンプリング部のサンプリング結果に基づいて検知対象のガスにおける濃度厚み積を求め、この求めた濃度厚み積を前記測距部で測距した距離で除算して平均ガス濃度を求めることで前記検知対象のガスを検知する。
【００９７】
このようなガス検知装置は、制御部が測距部で測定した前記物体までの距離に基づき検知光光源部を制御するので、前記物体までの距離が延びても、前記物体までの距離に応じて検知光の変調周波数の制御が可能であるから、前記物体までの距離の延長に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【００９８】
また、他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記測距部で測定された前記物体までの距離に基づいて前記位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するタイミング調整部をさらに備える。
【００９９】
周波数変調方式（２ｆ検波法）では、変調周波数を高周波化すると、検知光の伝播時間による同期信号の位相遅れが生じる。変調周波数を高周波化した結果の周波数が数ｋＨｚや１０ｋＨｚ程度では、この位相遅れにより検知精度の劣化は、目立たない（問題とならない）が、より高速に検知するために、変調周波数をより高周波化すると、伝播時間による同期信号の位相遅れが大きくなり、伝播時間の影響が大きい。例えば、同距離の物体において、相対的に低周波な変調周波数（例えば１０ｋＨｚ等）では、約１度の位相遅れであった場合に、変調周波数を１０倍に高周波化すると（上記の例では１００ｋＨｚ）、約１０度の位相遅れになってしまう。上記ガス検知装置は、前記物体までの距離を前記測距部で実測するので、前記検知光および前記反射光の伝播時間を求めることができ、前記伝播時間に基づく同期検波タイミングを求めることができる。そして、上記ガス検知装置は、この求めた同期検波タイミングで位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するので、変調周波数をより高周波化しても、検知精度の劣化を低減できる。
【０１００】
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を照射し、前記測距光の物体による第２反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記第２反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、前記検知光光源部における前記検知光の第１光軸と前記測距部における前記測距光の第２光軸とは、略同軸である。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記検知光の周波数は、前記検知対象のガスにおける吸収線の周波数であり、前記測距光の周波数は、前記検知対象のガスにおける吸収線の周波数を除く周波数である。
【０１０１】
このようなガス検知装置は、前記第１および第２光軸が互いに略同軸であるので、確実に、反射光を生成する前記物体までの距離を測距できるから、より高精度にガスを検知できる。
【０１０２】
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を照射し、前記測距光の前記物体による第２反射光を受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記第２反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、前記検知光光源部における前記検知光の第１光軸と前記測距部における前記測距光の第２光軸とは、平行である。好ましくは、上述のガス検知装置において、前記第１および第２光軸は、互いに近接して平行であり、より好ましくは、互いに重ならないで最近接して平行である。
【０１０３】
このようなガス検知装置は、前記第１および第２光軸が互いに平行であるので、前記検知光と前記測距光との干渉を防止できるから、より高精度にガスを検知できる。
【０１０４】
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる周波数を持つ測距光を照射し、前記測距光の物体による第２反射光を測距光受光部で受光し、前記測距光を照射した照射時点と前記第２反射光を受光した受光時点とに基づいて前記物体までの距離を測定する光学式測距部を備え、前記検知光受光部の受光感度波長帯と、前記測距光受光部の第２受光感度波長帯とは、所定の感度閾値以上で互いに異なる。波長１６００ｎｍ帯の光を好適に受光する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記受光部は、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）の受光素子を備える。波長８００ｎｍないし１０００ｎｍ帯の光を好適に受光する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、前記光学式測距部における前記第２受光部は、Ｓｉ（シリコン）の受光素子を備え、より好ましくは、Ｓｉのアバランシェホトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を備える。
【０１０５】
このようなガス検知装置は、前記受光部の受光感度波長帯と前記第２受光部の第２受光感度波長帯とが所定の感度閾値以上で互いに異なるので、前記受光部で前記第２反射光の受光を低減でき、前記第２受光部で前記反射光の受光を低減できる。このため、上記ガス検知装置は、前記受光部で前記第２反射光の受光によるノイズを低減でき、前記第２受光部で前記反射光の受光によるノイズを低減できるから、より高精度にガスを検知できる。また、このため、上記ガス検知装置は、前記受光部における、前記第２反射光の受光を低減するためのフィルターや、前記第２受光部における、前記反射光の受光を低減するためのフィルターを、上記ガス検知装置に要求される精度によっては省略できる可能性がある。
【０１０６】
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記検知光光源部における検知光の波長は、１６５１ｎｍまたは１６５３ｎｍである。
【０１０７】
波長１６５１ｎｍまたは波長１６５３ｎｍは、メタンの最も吸収の強いＲ（４）線やＲ（３）線であり、上記ガス検知装置は、前記検知対象のガスとしてメタンを好適に検知できる。また、前記検知光の波長を波長１６５１ｎｍまたは波長１６５３ｎｍに設定することで、上記ガス検知装置は、波長１６００ｎｍ帯に対し受光感度を持つＩｎＧａＡｓの受光素子を好適に前記受光部として利用できる。
【０１０８】
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記光学式測距部における測距光の波長は、８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲内のいずれかの波長である。
【０１０９】
前記測距光の波長を８００ｎｍないし１０００ｎｍの波長範囲のいずれかの波長に設定することで、上記ガス検知装置は、この波長範囲８００ｎｍ〜１０００ｎｍに対し受光感度を持つＳｉの受光素子を好適に前記光学式測距部における前記第２受光部として利用できる。
【０１１０】
他の一態様にかかるガス検知方法は、所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光照射工程と、前記検知光の物体による反射光を受光する受光工程と、前記受光工程で得られた受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、前記位相敏感検波工程で得られた検波出力信号をサンプリングするサンプリング工程と、前記サンプリング工程で得られたサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、前記検知光照射工程での走査速度を取得する走査速度取得工程と、前記走査速度取得工程で取得した走査速度が速いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光光源部を制御する制御工程とを備える。好ましくは、他の一態様において、ガス検知方法は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光照射工程と、前記検知光の反射光を受光する受光工程と、前記受光工程で得られた受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、前記位相敏感検波工程で得られた検波出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングするサンプリング工程と、前記サンプリング工程で得られたサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、前記検知光照射工程での走査速度を取得する走査速度取得工程と、前記走査速度取得工程で取得した走査速度に基づいて前記検知光光源工程、前記位相敏感検波工程および前記サンプリング工程それぞれを制御する制御工程とを備え、前記位相敏感検波工程は、前記変調周波数の２倍の周波数の同期信号を生成する同期信号生成工程と、前記受光工程で得られた受光出力信号を前記同期信号生成工程で生成した同期信号で同期検波する検波工程と、前記検波工程で得られた同期検波出力信号をローパスフィルター部で濾波するローパスフィルター工程とを備え、前記制御工程は、前記走査速度取得工程で取得した走査速度に基づいて前記検知光照射工程、前記位相敏感検波工程の同期信号生成工程および前記ローパスフィルター工程ならびに前記サンプリング工程それぞれを制御する。
【０１１１】
このようなガス検知方法は、制御工程が走査速度取得工程で取得した走査速度に基づき検知光光源部を制御するので、走査速度を高速化しても、高速化した走査速度に応じて検知光の変調周波数の制御が可能であるから、走査速度の高速化に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【０１１２】
他の一態様にかかるガス検知方法は、所定の周波数を中心周波数として周波数変調された検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光照射工程と、前記検知光の物体による反射光を受光する受光工程と、前記受光工程で得られた受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、前記位相敏感検波工程で得られた検波出力信号をサンプリングするサンプリング工程と、前記サンプリング工程で得られたサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、前記物体までの距離を測定する測距工程と、前記測距工程で取得した前記物体までの距離が遠いほど高い変調周波数で前記検知光を周波数変調するように、前記検知光照射工程を制御する制御工程とを備える。好ましくは、他の一態様において、ガス検知方法は、所定の周波数を中心周波数として所定の変調周波数で周波数変調した検知光を所定の走査方向に沿って走査しながら照射する検知光照射工程と、前記検知光の反射光を受光する受光工程と、前記受光工程で得られた受光出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、前記位相敏感検波工程で得られた検波出力信号を所定のサンプリング周期でサンプリングするサンプリング工程と、前記サンプリング工程で得られたサンプリング結果に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知工程と、前記検知光が照射され前記検知光に基づく前記反射光を生成する物体までの距離を測定する測距工程と、前記測距工程で取得した前記物体までの距離に基づいて前記検知光光源工程、前記位相敏感検波工程および前記サンプリング工程それぞれを制御する制御工程とを備え、前記検知光照射工程は、前記検知光を放射状に照射することで前記検知光を走査しながら照射し、前記位相敏感検波工程は、前記変調周波数の２倍の周波数の同期信号を生成する同期信号生成工程と、前記受光工程で得られた受光出力信号を前記同期信号生成工程で生成した同期信号で同期検波する検波工程と、前記検波工程で得られた同期検波出力信号をローパスフィルター部で濾波するローパスフィルター工程とを備え、前記制御工程は、前記測距工程で取得した前記物体までの距離に基づいて前記検知光照射工程、前記位相敏感検波工程の同期信号生成工程および前記ローパスフィルター工程ならびに前記サンプリング工程それぞれを制御する。
【０１１３】
このようなガス検知方法は、制御工程が測距工程で測定した前記物体までの距離に基づき検知光光源部を制御するので、前記物体までの距離が延びても、前記物体までの距離に応じて検知光の変調周波数の制御が可能であるから、前記物体までの距離の延長に伴う検知精度の劣化を低減できる。
【０１１４】
この出願は、２０１５年７月１７日に出願された日本国特許出願特願２０１５−１４３０４５を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
【０１１５】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明によれば、ガス検知装置およびガス検知方法を提供できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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