(57)【要約】  本発明のガス検知装置およびガス検知方法では、中心周波数に対して周波数変調した検知光（検出光）の反射光に基づいて検知対象のガスが検知され、前記反射光を生成する物体までの距離が測定される。前記ガスの検知では、前記反射光を受光する受光部の出力信号が位相敏感検波される。この位相敏感検波の同期検波タイミングは、前記測定された前記物体までの距離に基づいて調整される。
2017014097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知部と、
前記物体までの距離を測定する測距部とを備え、
前記ガス検知部は、
前記反射光を受光する受光部と、
前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、
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処理部とを備える、
ガス検知装置。
【請求項２】
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所定の測距光を照射し、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測距光の第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、
前記ガス検知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１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる所定の測距光を照射し、前記測距光の第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測距光の第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、
前記ガス検知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１に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記測距部は、前記検知光の周波数と異なる所定の測距光を照射し、前記測距光の第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測距光の第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、
前記ガス検知部における前記受光部の受光感度波長帯と、前記光学式測距部における前記測距光の第２反射光を受光する第２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１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガス検知装置。
【請求項５】
前記ガス検知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４のいずれか１項にガス検知装置。
【請求項６】
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２ないし請求項５のいずれか１項にガス検知装置。
【請求項７】
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照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光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を備え、
前記ガス検知工程は、
前記反射光を受光部で受光する受光工程と、
前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、
前記測距工程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工程の同期検波タイミングを調整するタイミング調整工程とを備えること
を特徴とするガス検知方法。
【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光がガスに照射され、ガスを透過したレーザ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、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、周波数変調方式（２ｆ検波法）では、変調周波数に同期した同期信号を用いることで位相敏感検波が実行されるが、周波数変調されたレーザ光が放射されてから受光されるまでにレーザ光の伝播時間がかかるため、前記伝播時間で前記同期信号の同期検波タイミング（位相）を補正する必要がある。しかしながら、レーザ光は、検知ごとの検知対象によってどの物体で反射して戻るか区々なので、前記伝播時間を一律に設定することができない。特に、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。【０００６】
一方、前記特許文献２では、測距が実行されているが、この測距は、コラム密度（濃度厚み積）から平均濃度を求めるために、実行されており、前記特許文献２には、同期検波タイミングの補正は、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、同期検波タイミングを調整することで、より高精度にガスを検知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、中心周波数に対して周波数変調した検知光（検出光）の反射光に基づいて検知対象のガスが検知され、前記反射光を生成する物体までの距離が測定される。前記ガスの検知では、前記反射光を受光する受光部の出力信号が位相敏感検波される。この位相敏感検波の同期検波タイミングは、前記測定された前記物体までの距離に基づいて調整される。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、同期検波タイミングを調整することで、より高精度にガスを検知できる。
【００１０】
上記並びにその他の本発明の目的、特徴および利点は、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ブロック図である。
【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ブロック図である。
【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】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６】前記ガス検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】前記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ブロック図である。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ブロック図である。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を検知するガス検知部と、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を測定する測距部とを備える。
【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１６と、偏向部１７と、アナログ−デジタル変換部（ＡＤ部）１８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光を発光できる波長可変半導体レーザ等を備える。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】
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【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１７は、第１光源部１から射出された検知光Ｌｃが入射され、複数の検知箇所で検知するために、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１７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１７は、検知光Ｌｃと同方向へ測距光Ｌｄを順次に照射する。そして、本実施形態では、偏向部１７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（戻り光）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（戻り光）Ｌｄｒも入射され、偏向部１７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１７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１７は、前記互いに異なる複数の方向へ検知光Ｌｃおよび測距光Ｌｄを順次にそれぞれ照射する。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１７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、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２に示すように、第１検波部２１と、第１ローパスフィルタ部（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、第１移相部２４に接続され、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、後述のように制御処理部１１の制御に従って第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。
【００３３】
第２位相敏感検波部９は、制御処理部１１に接続され、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３に示すように、第２検波部３１と、第２ローパスフィルタ部（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。
【００３４】
第２同期信号生成部３３は、第２移相部３４に接続され、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。
【００３５】
第２移相部３４は、第２検波部３１に接続され、後述のように制御処理部１１の制御に従って第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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
増幅部１０は、ＡＤ部１８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１８を介して制御処理部１１へ出力する。
【００３９】
ＡＤ部１８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。
【００４０】
記憶部１６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（検出光）Ｌｃを照射し、検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒを受光し、この受光した第１反射光Ｌｃｒに基づいて検知対象のガスＧＡ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１６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１６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。
【００４１】
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、検知処理部１３、タイミング調整処理部１４および測距処理部１５を機能的に備える。
【００４２】
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、前記複数の検知箇所で検知するために、互いに異なる複数の方向へ検知光Ｌｃおよび測距光Ｌｄを順次にそれぞれ照射し、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１７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。
【００４３】
検知処理部１３は、第１受光部６で受光した検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒ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１３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１３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位相敏感検波結果および２倍波２ｆｍの成分を表す第２位相敏感検波部９の第２位相敏感検波結果に基づいて検知対象のガスを検知する。
【００４４】
検知処理部１３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１３は、第１受光部６で受光した第１反射光Ｌｃｒ、すなわち、第２位相敏感検波部９の第２位相敏感検波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を検知する。より具体的には、２倍波２ｆｍの成分を変調周波数ｆｍの成分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１６に記憶され、検知処理部１３は、第２位相敏感検波部９の第２位相敏感検波結果を第１位相敏感検波部８の第１位相敏感検波結果で除算し、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。
【００４５】
また好ましくは、測距処理部１５で後述のように物体Ｏｂまでの距離Ｄｓを求めているので、検知処理部１３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。
【００４６】
タイミング調整処理部１４は、測距処理部１５で求められた物体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ものである。本実施形態では、位相敏感検波部は、第１および第２位相敏感検波部８、９から構成されているので、タイミング調整処理部１４は、測距処理部１５で求められた物体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それぞれの各同期検波タイミングをそれぞれ調整する。
【００４７】
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をタイミング調整処理部１４へ通知する。
【００４８】
次に、ガス検知装置Ｄの動作について説明する。図５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５Ａ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５Ｂ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５Ｃ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５Ａないし図５Ｃ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、実施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７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。
【００４９】
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、その位相敏感検波結果は、図５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５Ａ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５Ｂや図５Ｃ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。本実施形態では、制御処理部１１のタイミング調整処理部１４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が調整されている。
【００５０】
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。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、検知処理部１３、タイミング調整処理部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、前記複数の方向（前記複数の測定箇所）それぞれについて、次のように動作している。
【００５１】
図６において、まず、制御処理部１１の制御部１２は、今回の測定において測定すべき方向に検知光Ｌｃおよび測距光Ｌｄが伝播するように、偏向部１７を駆動する。そして、制御部１２は、第１光源部１から、中心周波数ｆｃを中心に変調周波数ｆｍで周波数変調した検知光Ｌｃを連続光で射出するように、第１駆動部３を介して第１光源部１を制御し、前記検知光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それぞれへ出力する（Ｓ１−１）。より詳しくは、第１光源部１から射出された検知光Ｌｃは、偏向部１７に入射され、偏向部１７で前記今回の測定において測定すべき方向へ偏向され、物体Ｏｂに照射される。検知光Ｌｃが照射された物体Ｏｂは、例えば、正反射や散乱反射等によって検知光Ｌｃに基づく第１反射光Ｌｃｒを生成する。この第１反射光Ｌｃｒは、偏向部１７に入射され、偏向部１７で波長選択部５へ偏向され、波長選択部５を介して第１受光部６に受光される。そして、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それぞれへ出力する。なお、第１出力信号ＳＧ１には、検知光Ｌｃの光路中および第１反射光Ｌｃｒの光路中のうちの少なくとも一方に検知対象のガスＧＡが存在する場合には、変調周波数ｆｍの成分だけでなく２倍波２ｆｍの成分も含まれる。一方、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１８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（Ｓ１−２）。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１７に入射され、偏向部１７で前記今回の測定において測定すべき方向へ偏向され、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１７に入射され、偏向部１７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１８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。測距処理部１５は、この求めた距離Ｄｓをタイミング調整処理部１４へ通知する。
【００５２】
次に、制御処理部１１は、タイミング調整処理部１４によって、測距処理部１５で求められた物体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それぞれの各同期検波タイミングをそれぞれ調整する（Ｓ２）。
【００５３】
ここで、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の成分の位相が０度となるタイミング（変調周波数ｆｍ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７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７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。
【００５４】
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の成分を同期検波するために、タイミング調整処理部１４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の成分を同期検波するために、タイミング調整処理部１４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の成分と第２同期信号ＳＳ２とが互いに同期し（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＝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。
【００５５】
そして、制御処理部１１は、検知処理部１３によって、第１受光部６で受光した検知光Ｌｃの第１反射光Ｌｃｒ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（Ｓ３）。本実施形態では、検知処理部１３は、第２位相敏感検波部９の第２位相敏感検波結果（２倍波２ｆｍの成分）を第１位相敏感検波部８の第１位相敏感検波結果（変調周波数ｆｍの成分）で除算し、この除算結果を、予め記憶部１６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１３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。
【００５６】
これによって、今回の測定において測定すべき方向に関する動作が終了する。そして、このような動作が前記複数の方向それぞれに対し、実施される。
【００５７】
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１７、波長選択部５、第１受光部６、第１および第２位相敏感検波部８、９および制御処理部１１がガス検知部の一例に相当し、第２光源部２、第２駆動部４、偏向部１７、波長選択部５、第２受光部７、増幅部１０、ＡＤ部１８および制御処理部１１が測距部の一例に相当する。
【００５８】
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、検知光Ｌｃが照射され前記検知光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を測距処理部１５等を用いて実測するので、検知ごとに前記物体Ｏｂが変わっても（異なっても）、検知光Ｌｃおよび第１反射光Ｌｃｒの伝播時間△Ｔ１を求めることができ、前記伝播時間△Ｔ１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Ｄおよびガス検知方法は、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、より高精度にガスを検知できる。このように第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、上記ガス検知装置およびガス検知方法は、変調周波数ｆｍの高周波化を可能とし、より高速な検知を可能とする。すなわち、上記ガス検知装置およびガス検知方法は、より高速な検知化に好適である。例えば、従来変調周波数ｆｍは、１０ｋＨｚ程度であるが、本実施形態におけるガス検知装置Ｄおよびガス検知方法は、変調周波数ｆｍを例えば５０ｋＨｚや１００ｋＨｚ等に高周波化できる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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１７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。
【００６５】
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が半導体レーザを備える場合に、前記半導体レーザ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。
【００６６】
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をさらに備えて良い。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
一態様にかかるガス検知装置は、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（検出光）を照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光に基づいて検知対象のガスを検知するガス検知部と、前記物体までの距離を測定する測距部とを備え、前記ガス検知部は、前記反射光を受光する受光部と、前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波部と、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処理部とを備える。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、前記タイミング調整処理部は、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第１および第２位相敏感検波部それぞれの各同期検波タイミングをそれぞれ調整する。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、前記受光した反射光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、前記受光した反射光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。複数の検知箇所で検知する観点から、好ましくは、上述のガス検知装置において、互いに異なる複数の方向へ前記検知光をそれぞれ照射する偏向部をさらに備える。
【００７０】
このようなガス検知装置は、前記物体までの距離を前記測距部で実測するので、検知ごとに前記物体が変わっても（異なっても）、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、前記ガス検知装置は、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、より高精度にガスを検知できる。このように位相敏感検波部の同期検波タイミングを調整するので、上記ガス検知装置は、変調周波数の高周波化を可能とし、より高速な検知を可能とする。すなわち、上記ガス検知装置は、より高速な検知化に好適である。
【００７１】
他の一態様では、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所定の測距光を照射し、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測距光の第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、前記ガス検知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。
【００７２】
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。
【００７３】
他の一態様では、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所定の測距光を照射し、前記測距光の第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測距光の第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、前記ガス検知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。
【００７４】
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。
【００７５】
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所定の測距光を照射し、前記測距光の第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測距光の第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、前記ガス検知部における前記受光部の受光感度波長帯と、前記光学式測距部における前記測距光の第２反射光を受光する第２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、前記ガス検知部における前記受光部は、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。
【００７６】
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。
【００７７】
他の一態様では、これら上述のガス検知装置において、前記ガス検知部における検知光の波長は、１６５１ｎｍまたは１６５３ｎｍである。
【００７８】
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ガス検知部における前記受光部として利用できる。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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所定の変調周波数で周波数変調した検知光を照射し、前記検知光の物体による反射光を受光し、前記受光した反射光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を備え、前記ガス検知工程は、前記反射光を受光部で受光する受光工程と、前記受光部の出力信号を位相敏感検波する位相敏感検波工程と、前記測距工程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工程の同期検波タイミングを調整するタイミング調整工程とを備える。
【００８２】
このようなガス検知方法は、前記物体までの距離を前記測距工程で実測するので、検知ごとに前記物体が変わっても（異なっても）、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、前記ガス検知方法は、この求めた同期検波タイミングで位相敏感検波工程の同期検波タイミングを調整するので、より高精度にガスを検知できる。このように位相敏感検波工程の同期検波タイミングを調整するので、上記ガス検知方法は、変調周波数の高周波化を可能とし、より高速な検知を可能とする。すなわち、上記ガス検知方法は、より高速な検知化に好適である。
【００８３】
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２０１５−１４３０４４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。
【００８４】
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】
【００８５】
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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【国際調査報告】
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