(57)【要約】【課題】測定距離が大きくなっても、ガスの検出感度が低下するのを抑制する。【解決手段】ガス検出装置１は、一定の光を出射するＬＤ１４ａと、ＬＤ１４ａの光を平行光とするコリメートレンズ１６と、コリメート後の光を反射しながら走査するポリゴンミラー１８と、走査後の光を受光する受光センサー３２と、ＬＤ１４ａとポリゴンミラー１８とを制御してＬＤ１４ａの光を複数回にわたり走査させる制御装置５０であって、受光センサー３２の検出結果に基づき走査ライン上の複数箇所でガスの有無を検査し、先の走査でガスを検出した場合に、後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より増加させる制御装置５０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の光を出射する光源と、
前記光源の光を平行光とするコリメートレンズと、
コリメート後の光を反射しながら走査する反射ミラーと、
走査後の光を受光する受光センサーと、
前記光源と前記反射ミラーとを制御して前記光源の光を複数回にわたり走査させる制御装置であって、前記受光センサーの検出結果に基づき走査ライン上の複数箇所でガスの有無を検査し、先の走査でガスを検出した場合に、後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より増加させる前記制御装置と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記反射ミラーが複数の反射面を有するポリゴンミラーであり、
前記複数の反射面が互いに異なる傾斜角度を有し、
前記制御装置が、前記ポリゴンミラーが周回するごとに、前記受光センサーの検出結果に基づき走査ライン上の複数箇所でガスの有無を検査し、先の走査でガスを検出した場合に、後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より増加させることを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガス検出装置において、
前記反射ミラーが複数の反射面を有するポリゴンミラーであり、
前記複数の反射面が互いに異なる傾斜角度を有し、
前記制御装置が、前記ポリゴンミラーの反射面が切り替わるごとに、前記受光センサーの検出結果に基づき走査ライン上の複数箇所でガスの有無を検査し、先の走査でガスを検出した場合に、後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より増加させることを特徴とするガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メタンなどのガスは赤外線領域の特定波長に対して吸収特性を持つことが一般に知られており、赤外線の照射波長に対する受光信号の出力変化量を検出することで特定のガスを検出する装置が数多く存在する（特許文献１参照）。
近年では、広範囲にわたりガスを高感度に検出し、配管などの漏洩個所を視覚的に認識することが求められている。特許文献２にはこのような要求に応える装置が開示されている。特許文献２の技術によれば、吸収赤外線と非吸収赤外線とを測定対象に照射しその反射光の受光量の差分からガス濃度の漏洩分布を求め、その後にガス濃度が最大の漏洩位置を算出してそこに可視光を照射し、配管の漏洩箇所を指示しうるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第2866230号明細書
【特許文献２】特許第3725832号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２の技術では赤外線を角錐状に広げて照射し、ガス濃度の漏洩分布を求めているため（段落００１８〜００１９、００２６参照）、一度の測定で広範囲にわたりガスを検出可能であるものの、測定距離が大きくなるにつれて単位面積あたりの照射光量が小さくなり、ガスの検出感度が著しく低下すると考えられる。
したがって本発明の主な目的は、測定距離が大きくなっても、ガスの検出感度が低下するのを抑制することができるガス検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明によれば、
一定の光を出射する光源と、
前記光源の光を平行光とするコリメートレンズと、
コリメート後の光を反射しながら走査する反射ミラーと、
走査後の光を受光する受光センサーと、
前記光源と前記反射ミラーとを制御して前記光源の光を複数回にわたり走査させる制御装置であって、前記受光センサーの検出結果に基づき走査ライン上の複数箇所でガスの有無を検査し、先の走査でガスを検出した場合に、後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より増加させる前記制御装置と、
を備えることを特徴とするガス検出装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光源の光がコリメートレンズでコリメートされるため、測定距離が大きくなっても、単位面積あたりの照射光量が低下するのが抑制され、ガスの検出感度が低下するのを抑制することができる。
特に本発明によれば、光源の光が複数回にわたり走査され、先の走査でガスが検出された場合に後の走査ではガスの検査箇所が増加されるため、広範囲にわたりガスを高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ガス検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）ポリゴンミラーの概略的な構成を示す側面図であり、（ｂ）当該ポリゴンミラーを周回させた場合の走査ラインの形成跡を示す図である。
【図３】ガス検出動作にかかるステッピングモーターの駆動とＬＤの発光との経時的関係を概略的に示す図である。
【図４】第１の検査動作を概略的に説明するための図である。
【図５】第２の検査動作を概略的に説明するための図である。
【図６】背景画像に対しガス濃度が重畳された例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
【０００９】
図１に示すとおり、ガス検出装置１は発光機構１０、受光機構３０およびこれらを制御する制御装置５０を備えている。
発光機構１０は光源ユニット１４、コリメートレンズ１６およびポリゴンミラー１８を備えている。
【００１０】
光源ユニット１４はレーザーダイオード１４ａ（ＬＤ；Laser Diode）、ペルチェ素子１４ｂおよび温度センサー１４ｃを備え、これらが一体にパッケージされた構成を有している。
ＬＤ１４ａは一定のレーザー光（赤外線）を出射する光源であって、検出しようとするガスに吸収される波長を有するレーザー光を出射するものである。ＬＤ１４ａとしては断続的にレーザー光を出射するパルスレーザーなどが使用される。ＬＤ１４ａは光源の一例であり、ＬＤ１４ａに代えて他の光源が使用されてもよい。
ＬＤ１４ａは制御装置５０と接続されている。制御装置５０はＬＤ１４ａを制御してレーザー光の出射タイミングを制御するようになっている。
ペルチェ素子１４ｂ、温度センサー１４ｃも制御装置５０と接続されている。制御装置５０は温度センサー１４ｃの検出結果に基づきペルチェ素子１４ｂに流れる電流を制御し、ＬＤ１４ａの温度を制御するようになっている。
【００１１】
コリメートレンズ１６はＬＤ１４ａのレーザー光を平行光とするレンズである。コリメート後のレーザー光には発散光も多少含まれる。
ポリゴンミラー１８はいわゆる回転多面鏡であって、ＬＤ１４ａのレーザー光を回転しながら反射しライン状に走査するものである。ポリゴンミラー１８は反射ミラーの一例であり、ポリゴンミラー１８に代えてガルバノミラーが使用されてもよい。
図２（ａ）に示すとおり、ポリゴンミラー１８は複数の反射面を有しており、ここでは第１面１８ａ〜第４面１８ｄを有する例を示している。第１面１８ａ〜第４面１８ｄは回転軸１９に対し互いに異なる傾斜角度を有しており、第１面１８ａ〜第４面１８ｄ同士で傾斜角度が互いに異なっている。
図１に示すとおり、ポリゴンミラー１８にはステッピングモーター２０が接続されている。ステッピングモーター２０にはロータリーエンコーダー２１が内蔵されている。ステッピングモーター２０およびロータリーエンコーダー２１は制御装置５０と接続されている。制御装置５０はロータリーエンコーダー２１の検出結果に基づきステッピングモーター２０を制御し、ポリゴンミラー１８の回転を制御するようになっている。
【００１２】
他方、受光機構３０は受光センサー３２、アンプ３４およびアナログ−デジタルコンバーター３６（ＡＤＣ；Analog to Digital Converter）を備えている。
受光センサー３２は、ＬＤ１４ａから出射され壁４０で反射したレーザー光を受光して光電変換し、受光量に基づき電気信号に変換するものである。
受光センサー３２にはアンプ３４が接続されている。アンプ３４は電気信号を増幅させる増幅回路である。
アンプ３４にはＡＤＣ３６が接続されている。ＡＤＣ３６はアナログ信号をデジタル信号に変換する変換回路である。
ＡＤＣ３６には制御装置５０が接続されている。制御装置５０はデジタル信号を受信してその受信結果を演算処理し、ガスの有無を検査するようになっている。
【００１３】
続いて、ガス検出装置１のガス検出動作について説明する。
【００１４】
図１に示すとおり、制御装置５０がポリゴンミラー１８の回転を制御した状態でＬＤ１４ａからレーザー光を出射させると、レーザー光は、コリメートレンズ１６で平行光とされポリゴンミラー１８に入射する。
【００１５】
その後、レーザー光は第１面１８ａ〜第４面１８ｄごとに、水平方向（Ｘ方向）に沿う複数の検査箇所Ａ〜Ｅにわたってライン状に走査され、壁４０で反射され、その後ポリゴンミラー１８に戻って再度反射され受光センサー３２で受光される。ガスのない部分を透過したレーザー光は光透過率が低下せずに受光される。他方、ガスのある部分を透過したレーザー光はその一部がガスで吸収されるため光透過率が低下した状態で受光される。図１ではレーザー光が検査箇所Ｃでガスのある部分を透過した例を示している。
【００１６】
その後、受光センサー３２がレーザー光を光電変換し、レーザー光の受光量に応じた電気信号を生成する。
その後、アンプ３４が生成された電気信号を増幅し、ＡＤＣ３６が増幅された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、制御装置５０が変換後のデジタル信号を演算処理し、走査ライン上の検査箇所Ａ〜Ｅでガスの有無を検査する。ここでは検査箇所Ｃでガスが検出される。
ガスが検出された場合には、制御装置５０が受光センサー３２での受光量に基づきガス濃度を算出する。ガス濃度は受光量の最大−最小の差分と平均受光量の比率により算出される。
【００１７】
かかるガス検出動作では、ポリゴンミラー１８の回転に伴い、ＬＤ１４ａのレーザー光は、図２（ｂ）に示すとおり、反射面ごとに検査箇所Ａ〜Ｅにわたってライン状に走査されるとともに、反射面が切り替わるごとに当該ラインに直交する垂直方向（Ｙ方向）に移行してライン状に走査される。すなわち、ポリゴンミラー１８が周回（１回転）すると、Ｘ方向に沿うラインがＹ方向に沿って４本形成され、２次元走査が実現される。
【００１８】
［検査動作１］
かかる場合、制御装置５０はステッピングモーター２０とＬＤ１４ａとを制御し、図３に示すとおり、ステッピングモーター２０の駆動のＯＮ／ＯＦＦとＬＤ１４ａのレーザー光の出射のＯＮ／ＯＦＦとを交互に切り替え、第１面１８ａ〜第４面１８ｄによるすべての走査ライン上の検査箇所Ａ〜Ｅのそれぞれでレーザー光を出射させる。
その結果、制御装置５０は、図４（ａ）に示すとおり、第１面１８ａ〜第４面１８ｄによる走査ライン上の検査箇所Ａ〜Ｅでガスの有無を検査しうる。図４（ａ）では、第２面１８ｂによる走査ライン上の検査箇所Ｃでガスが検出された例を示している。
【００１９】
ガスが検出された場合、制御装置５０は、その後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より増加させる。図４（ａ）の例では、制御装置５０は、図４（ｂ）に示すとおり、第２面１８ｂによる走査ライン上の検査箇所Ｃ近傍の検査箇所Ｆ、Ｇでも、レーザー光を出射させガスの有無を検査する。
なお、ガスが検出された後の再検査箇所は適宜追加されてもよい。たとえば、図４（ａ）の例では、第２面１８ｂに隣り合う第１面１８ａおよび第３面１８ｃによる走査ライン上の検査箇所Ｆ、Ｇでも、ガスの有無を検査するようにしてもよい。
【００２０】
このように検査動作１では、ポリゴンミラー１８が周回するごとに、走査ライン上の複数箇所でガスの有無が検査され、ガスが検出された場合には、その後の走査ではガスの検査箇所が先の検査のガスの検査箇所より増加する。
なお、検査動作１では、制御装置５０は、ステッピングモーター２０の駆動をＯＮとしたまま、ＬＤ１４ａのレーザー光の出射のＯＮ／ＯＦＦのみを切り替えてもよい。
【００２１】
［検査動作２］
制御装置５０はステッピングモーター２０とＬＤ１４ａとを制御し、図３に示すとおり、ステッピングモーター２０の駆動のＯＮ／ＯＦＦとＬＤ１４ａのレーザー光の出射のＯＮ／ＯＦＦとを交互に切り替え、はじめに第１面１８ａによる走査ライン上の検査箇所Ａ〜Ｅのそれぞれでレーザー光を出射させる。
その結果、制御装置５０は、図５（ａ）に示すとおり、第１面１８ａによる走査ライン上の検査箇所Ａ〜Ｅでガスの有無を検査しうる。図５（ａ）では、第１面１８ａによる走査ライン上の検査箇所Ｃでガスが検出された例を示している。
【００２２】
ガスが検出された場合、制御装置５０は、その後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より増加させる。図５（ａ）の例では、制御装置５０は、図５（ｂ）に示すとおり、第２面１８ｂによる走査ライン上の検査箇所Ａ〜Ｅのそれぞれでレーザー光を出射させるとともに、第２面１８ｂによる走査ライン上の検査箇所Ｃ近傍の検査箇所Ｆ、Ｇでもレーザー光を出射させ、ガスの有無を検査する。
【００２３】
このように検査動作２では、ポリゴンミラー１８の反射面が切り替わるごとに（ポリゴンミラー１８が１／４回転するごとに）、走査ライン上の複数箇所でガスの有無が検査され、ガスが検出された場合には、その後の走査ではガスの検査箇所が先の検査のガスの検査箇所より増加する。
なお、検査動作２でも、制御装置５０は、ステッピングモーター２０の駆動をＯＮとしたまま、ＬＤ１４ａのレーザー光の出射のＯＮ／ＯＦＦのみを切り替えてもよい。
【００２４】
以上の本実施形態によれば、ＬＤ１４ａのレーザー光がコリメートレンズ１６でコリメートされるため、測定距離が大きくなっても、単位面積あたりの照射光量が低下するのが抑制され、ガスの検出感度が低下するのを抑制することができる。
特に本実施形態によれば、コリメート後のレーザー光がポリゴンミラー１８で走査され、ポリゴンミラー１８が周回するごとに（検査動作１）、またはポリゴンミラー１８の反射面が切り替わるごとに（検査動作２）、走査ライン上の複数箇所でガスの有無が検査され、先の走査でガスが検出された場合に、後の走査ではガスの検査箇所が先の走査のガスの検査箇所より増加するため、広範囲にわたりガスを高感度に検出することができる。
【００２５】
なお、本発明の実施形態は上記に限定されず適宜改良されてもよい。
たとえば、先の走査でガスが検出されない場合、制御装置５０は、後の走査ではガスの検査箇所を先の走査のガスの検査箇所より減少させてもよい。
かかる構成によれば、ガスが検出されない領域では、無駄なガスの検査が行われず、ガス検出動作の効率（検査速度）を向上させることができる。
【００２６】
さらに、ガス検出装置１に別途カメラを搭載して背景画像を撮像可能とし、図６に示すとおり、制御装置５０が当該背景画像に対しガスの検出結果やガス濃度を重畳させ、ガス漏れ位置が視覚情報としてユーザーに提供されるようにしてもよい。図６では、キッチン周辺の背景画像に対しガスコンロを中心とするガス濃度が重畳された例を示している。
かかる場合、ガス検出装置１に、ガス非吸収帯波長のレーザー光を出射するＬＤを別途搭載して空間測距可能とし、制御装置５０がガス漏れ位置までの距離を測定し、ガス漏れ位置までの距離がユーザーに提供されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  ガス検出装置
１０  発光機構
１４  光源ユニット
１４ａ  レーザーダイオード（ＬＤ）
１４ｂ  ペルチェ素子
１４ｃ  温度センサー
１６  コリメートレンズ
１８  ポリゴンミラー
１８ａ〜１８ｄ  第１面〜第４面（反射面）
１９  回転軸
２０  ステッピングモーター
２１  ロータリーエンコーダー
３０  受光機構
３２  受光センサー
３４  アンプ
３６  アナログ−デジタルコンバーター（ＡＤＣ）
４０  壁
５０  制御装置
【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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