(57)【要約】【課題】空間の測定対象物質のプルームの捕捉確率を向上させ、装置を小型化・低価格化し、戻り光を高効率で受光器へ集光できるようにする。【解決手段】  光源２２と、その光源２２から出射された光を平行光に変換するためのコリメートレンズ２３と、コリメートレンズ２３から出射された平行光を受けて反射する反射部２８ａを有し、その反射部２８ａが設けられている部分を所定の角度範囲内で回動できるように形成された回動ミラー２５と、この回動ミラー２５に対する平行光の入射位置近傍に焦点が位置し且つ反射部２８ａで反射された平行光を受けて送受信対象空間へ出射させるとともに、送受信対象空間からの戻り光を焦点近傍に集光させる送受信レンズ３５と、回動ミラー２５の反射部２８ａが設けられている部分の送受信レンズ３５の焦点近傍で且つ平行光の入射位置から離間した位置に固定され、送受信対象空間からの戻り光を受ける受光素子４０とを備えている。【選択図】図１
2009210528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（２２）と、
前記光源から出射された光を平行光に変換するためのコリメートレンズ（２３）と、
前記コリメートレンズから出射された平行光を受けて反射する反射部（２８ａ）を有し、該反射部が設けられている部分を所定の角度範囲内で回動できるように形成された回動ミラー（２５）と、
前記回動ミラーに対する前記平行光の入射位置近傍に焦点が位置し、且つ前記反射部で反射された平行光を受けて送受信対象空間へ出射させるとともに、該送受信対象空間からの戻り光を前記焦点近傍に集光させる送受信レンズ（３５）と、
前記回動ミラーの前記反射部が設けられている部分の前記送受信レンズの焦点近傍で、且つ前記平行光の入射位置から離間した位置に固定され、前記送受信対象空間から前記送受信レンズを介して入射される戻り光を受ける受光素子（４０）とを備えた光送受信装置。
【請求項２】
前記光源が半導体レーザであり、前記戻り光のうち前記回動ミラーで反射して前記光源の方向へ出射される光を阻止するために、前記コリメートレンズと前記回動ミラーの間にアイソレータ（２４）を配置したことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
【請求項３】
前記回動ミラーは、
内フレーム（２７）と、
前記内フレームの内側に配置され、前記反射部が一方の面に形成された反射板（２８）と、
捩れ変形自在で前記内フレームの内側に前記反射板を回動自在に支持する第１の連結軸（３１、３２）とが一体的に形成された構造を有しており、
前記反射板の前記一方の面側に前記受光素子が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光送受信装置。
【請求項４】
外フレーム（２６）と、
前記第１の連結軸の捩れ方向とは異なる方向に捩れ変形自在で、前記外フレームの内側に前記内フレームを回動自在に支持する第２の連結軸（２９、３０）とを有していることを特徴とする請求項３記載の光送受信装置。
【請求項５】
前記回動ミラーの前記反射板の他方の面に、前記受光素子により発生する回転モーメントとバランスするカウンターマス（４５）が固定されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の光送受信装置。
【請求項６】
前記コリメートレンズと前記回動ミラーの間に、前記コリメートレンズから出射された光が前記受光素子に到達しないように配置されたマスク（５０）が備えられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間に光を出射し、その光に対して空間から戻って来る光を受光して、空間による光への物理的な影響を把握するために用いられる光送受信装置において、出射光を空間的に走査させることができ、送受信の光学系を同じにすることで、装置の小型化・低価格化がはかれ、かつ走査された光が散乱・反射されて光源方向に戻ってくる戻り光を高効率で受光器へ集光できるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
所定の物理量を検出する方法の１つとして、光のスペクトラムの変化を検知する手法が用いられている。例えば、物質はその結晶構造や分子構造に応じた固有周波数に電磁波の吸収ピークを有しているため、電磁波を物質に照射して、透過波のスペクトラムを検出し、物質に吸収された電磁波の周波数を調べることでその物質を知ることができる。さらに、その吸収率から、物質の含有量や濃度を定量することも可能である。
【０００３】
上記の吸収ピークは物質ごとに固有であるため、同ピークにあわせた周波数を持つ電磁波を用いれば、対象とする物質だけを効率よく検出することができる。この特定の周波数をもつ電磁波を放出できる素子として、半導体レーザが挙げられる。半導体レーザは特定波長の光を高いエネルギー密度で出射できるだけでなく、気体分子の固有周波数（吸収ピーク）が多く存在する赤外線領域の電磁波を出射できるためである。このため、半導体レーザと受光器を組み合わせれば、大気中に存在する特定の気体分子の濃度を測定することが可能になる。
【０００４】
空間に存在する物質の濃度を測定する方法として、電気式センサが従来から用いられているが、これら電気式センサは、対象物質が存在する場所にセンサを設置しておかなければならない。このため、物質の漏洩などを検知する目的で利用する場合には、見逃しのないように多点計測が必要であり、センサの設置および配線に膨大なコストがかかる。
【０００５】
そこで、近年ではセンサの設置および配線の手間を必要とせず、広い空間にわたって物質の濃度を簡便に測定できる、前述のような光の吸収ピークを用いた測定方法に関心が集まっている。特に、可燃性物質を検出・測定する場合には、高い防爆性があるなどの理由から大変注目を集めている。
【０００６】
例えば、次の特許文献1には、測定対象物質の吸収ピークに一致した光周波数で発振するレーザ素子からレーザ光を測定対象方向に出射し、壁などで散乱・反射されてレーザ素子方向に戻ってきた戻り光を受光器で受けることで、レーザ素子から該壁などの間に存在する対象物質の濃度を測定する方法が開示されている。
【０００７】
この方法では、半導体レーザから出射された光をコリメートレンズにより平行光に変換してから空間に伝播させ、前記壁などで散乱・反射された戻り光を集光レンズで受光器上に集め、前記吸収ピークにおける光のパワーの減衰分から対象物質の濃度を測定できるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１０６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
配管の特定部分などから漏洩・排出される物質は、通常風に流されるため、等方的に拡散するよりもむしろプルーム（高濃度の気体物質の帯）となり、空間に広がって行く。このため、プルーム近傍の物質濃度は高いが、それから離れるとその濃度が極端に低下する。光を用いてこのプルームを検出するためには、プルームのある方向を狙って光を出射しなければならない。
【００１０】
しかしながら、上記のように半導体レーザから出射される光をコリメートレンズにより平行光に変換してから空間に伝播させる従来技術の場合、平行光の断面は細く保たれため、ガス濃度を測定できる空間の範囲は非常に限られたものに成らざるを得ない。
【００１１】
前記特許文献１に開示されている方法を用いる場合、前記平行光が出射される方向を徐々に変えていくことでプルームが存在する空間を探すことはできる。しかし、測定対象物質が存在する場所が測定器から遠い場合、平行光の出射角度をわずかに変えただけでも、平行光の通過位置が大きくずれてしまうため、測定対象物質を検知するには高精度に平行光の出射角度を変化させる必要がある。
【００１２】
これを解決する手段として、計測装置に可動機構を追加することで前記平行光の出射方向を高精度に制御する方法が考えられる。しかし、このように付加的な可動機構を追加すると、装置が大型かつ高価になり、特にハンドヘルド型の安価な装置を提供することができないといった問題が生じる。
【００１３】
また、平行光をガルバノミラーで反射させて、その出射方向を変えるという方法も考えられるが、特許文献１などの従来技術のように光の送信系と受信系が別々に構成されている場合、光学部品の点数が増えて装置が大型かつ高価なものになるだけでなく、受光器における前記戻り光の受光効率も低下してしまう。
【００１４】
本発明は、上記問題を解決して、光源から出射される出射光の方向を空間的に掃引することで、測定対象物質のプルームを捕捉できる確率を向上させると共に、送受信の光学系を同じにすることで、装置の小型化・低価格化がはかれ、かつ走査された光が散乱・反射されて光源方向に戻ってくる戻り光を高効率で受光器へ集光できる光送受信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光送受信装置は、
光源（２２）と、
前記光源から出射された光を平行光に変換するためのコリメートレンズ（２３）と、
前記コリメートレンズから出射された平行光を受けて反射する反射部（２８ａ）を有し、該反射部が設けられている部分を所定の角度範囲内で回動できるように形成された回動ミラー（２５）と、
前記回動ミラーに対する前記平行光の入射位置近傍に焦点が位置し、且つ前記反射部で反射された平行光を受けて送受信対象空間へ出射させるとともに、該送受信対象空間からの戻り光を前記焦点近傍に集光させる送受信レンズ（３５）と、
前記回動ミラーの前記反射部が設けられている部分の前記送受信レンズの焦点近傍で、且つ前記平行光の入射位置から離間した位置に固定され、前記送受信対象空間から前記送受信レンズを介して入射される戻り光を受ける受光素子（４０）とを備えている。
【００１６】
また、本発明の請求項２の光送受信装置は、請求項１記載の光送受信装置において、
前記光源が半導体レーザであり、前記戻り光のうち前記回動ミラーで反射して前記光源の方向へ出射される光を阻止するために、前記コリメートレンズと前記回動ミラーの間にアイソレータ（２４）を配置したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項３の光送受信装置は、請求項１または請求項２記載の光送受信装置において、
前記回動ミラーは、
内フレーム（２７）と、
前記内フレームの内側に配置され、前記反射部が一方の面に形成された反射板（２８）と、
捩れ変形自在で前記内フレームの内側に前記反射板を回動自在に支持する第１の連結軸（３１、３２）とが一体的に形成された構造を有しており、
前記反射板の前記一方の面側に前記受光素子が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項４の光送受信装置は、請求項３記載の光送受信装置において、
外フレーム（２６）と、
前記第１の連結軸の捩れ方向とは異なる方向に捩れ変形自在で、前記外フレームの内側に前記内フレームを回動自在に支持する第２の連結軸（２９、３０）とを有していることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項５の光送受信装置は、請求項３または請求項４記載の光送受信装置において、
前記回動ミラーの前記反射板の他方の面に、前記受光素子により発生する回転モーメントとバランスするカウンターマス（４５）が固定されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項６の光送受信処理装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の光送受信装置において、
前記コリメートレンズと前記回動ミラーの間に、前記コリメートレンズから出射された光が前記受光素子に到達しないように配置されたマスク（５０）が備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように構成されているため、本発明の光送受信装置は、光源から出射してコリメートレンズで平行光に変換された光の出射方向を空間的に繰り返し掃引することができ、送受信空間に存在する測定対象物質のプルームを捕捉できる確率を大幅に向上させると共に、測定対象物質の空間的な分布を測定も可能となる。
【００２２】
また、送受信の光学系が共通化されているので、光学部品の点数を増やすことなく装置の小型化・低価格化がはかれ、かつ空間的に走査された光の戻り光を少ない光学部品で、効率よく受光器へ集光できるため、高ＳＮ比の測定が可能となり、対象物質濃度の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光送受信装置２０の構造を示している。
【００２４】
この光送受信装置２０は、ベース２１の上に、光源としての半導体レーザ２２、コリメートレンズ２３、アイソレータ２４、回動ミラー２５、送受信レンズ３５が固定されて構成されている。
【００２５】
半導体レーザ２２は、送受信対象空間の測定対象物質の吸収波長に対応した波長の光をコリメートレンズ２３に出射し、コリメートレンズ２３は、半導体レーザ２２の出射光を平行光に変換してベース２１の上面にほぼ平行な光軸に沿ってアイソレータ２４を介して回動ミラー２５へ出射する。半導体レーザ２２、コリメートレンズ２３およびアイソレータ２４は所定高さの台２１ａの上に固定されている。アイソレータ２４は、回動ミラー２５からの戻り光、特に、後述する送受信対象空間から戻ってくる半導体レーザ２２のレーザ光が再び半導体レーザ２２に戻ってレーザ発振が不安定になるのを防止する。
【００２６】
回動ミラー２５は、コリメートレンズ２３から出射された平行光を受けて反射する反射部２８ａを有し、その反射部が設けられている部分を所定の角度範囲内で回動できるように形成されている。
【００２７】
回動ミラーとしては空間を線上に走査する１軸構造と、空間を２次元的に走査する２軸構造のものが使用できるが、ここではより効率的に空間の検査が可能なように２軸構造のものについて説明する。
【００２８】
回動ミラー２５は、同一平面内に直交する２つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸）をもつジンバル構造であり、半導体基板に対するエッチング処理などを用いて、外フレーム２６、内フレーム２７、反射板２８および外連結軸２９、３０、内連結軸３１、３２を一体的に形成した所謂ＭＥＭＳ構造を有している。
【００２９】
図２に示すように、回動ミラー２５の外フレーム２６は、上板２６ａ、下板２６ｂ、左右の側板２６ｃ、２６ｄにより矩形枠状に形成され、その内側に、上板２７ａ、下板２７ｂ、左右の側板２７ｃ、２７ｄからなる矩形枠状の内フレーム２７が同心に配置され、さらにその内側に、矩形の反射板２８が同心に配置されている。
【００３０】
外フレーム２６の側板２６ｃ、２６ｄの内縁中央から内フレーム２７の側板２７ｃ、２７ｄの外縁中央の間は、捩じり変形自在な細さを有する外連結軸２９、３０によって連結され、内フレーム２７の上板２７ａ、下板２７ｂの内縁中央から反射板２８の上縁、下縁の中央の間は、捩じり変形自在な細さを有する内連結軸３１、３２によって連結されている。
【００３１】
したがって、反射板２８は、外フレーム２６に対して外連結軸２９、３０を結ぶ線と内連結軸３１、３２を結ぶ線との交点を回動中心として直交２軸で回動できるように支持されている。
【００３２】
なお、ここでは詳述しないが、外フレーム２６に対する内フレーム２７の回動駆動および内フレーム２７に対する反射板２８の回動駆動は、静電駆動方式あるいは電磁駆動方式のいずれであってもよい。
【００３３】
静電駆動方式は、対向する電極に電圧を印加して、その間に生じる吸引力を利用するものであり、上記構造の場合、反射板２８の左右方向の少なくとも一端側に形成された電極と、それに対向するように内フレーム２７に固定された電極との間に電圧を与えて、内フレーム２７に対して、反射板２８を内連結軸３１、３２を回動の軸として回動させ、さらに、内フレーム２７の上下方向の少なくとも一端側に形成された電極と、それに対向するように外フレーム２６に固定された電極との間に電圧を与えて、外フレーム２６に対して、内フレーム２７を外連結軸２９、３０を回動の軸として回動させる。
【００３４】
また、電磁駆動方式の場合は、上記の対向電極の代わり、電磁石と磁性体、電磁石同士あるいは電磁石と永久磁石のいずれかの組合せを用いて内フレーム２７および反射板２８を回動させる。
【００３５】
外フレーム２６に対する反射板２８の向きは、回動駆動のための信号により所定範囲内で任意に変化させることができ、それによって空間に対する光の走査軌道を自由に設定することができる。
【００３６】
例えば２軸の駆動信号を、周波数が等しく位相が９０度異なる正弦波信号とすると、出射する光の走査軌道を図３の（ａ）のように円状（あるいは楕円状）にすることができ、また、２つの駆動信号に周波数差を与えれば、図３の（ｂ）のように横方向と縦方向の走査の組合せによる矩形空間の走査（この例は粗密走査であるが均等走査でもよい）も可能となる。
【００３７】
なお、１次元走査だけする場合には、上記構成の回動ミラー２５から外フレーム２６および外連結軸２９、３０を除いた構成で対応することができる。勿論上記構成の回動ミラー２５において、外フレーム２６に対して内フレーム２７を固定した状態で、反射板２８を回動させることでも１次元走査は可能である。
【００３８】
このような構造の回動ミラー２５は、その外フレーム２６が所定高さの台２１ｂ上に直立した状態で固定されていて、コリメートレンズ２３からアイソレータ２４を介して出射された平行光を反射板２８の中心から僅かに上方に離れた位置で且つ光に対して高い反射率を示すように形成された反射部２８ａで受ける。
【００３９】
なお、ここで反射部２８ａは、平行光が入射される領域のみに形成されている場合について説明するが、光に対して高い反射率を示す反射部２８ａは、平行光が入射される領域を含み、後述する受光素子４０が設けられている部分を除く領域であれば任意の広さに形成することができる。
【００４０】
回動ミラー２５の反射板２８の表面の中心から僅か（中心から反射部２８ａまでの距離とほぼ等しい距離）に下方に離れた位置には、後述する送受信レンズ３５を介して外部空間から入射された光を受光するための受光素子４０が形成されている。
【００４１】
この受光素子４０は内部に電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）を有しており、入射光の強度に比例した電圧の信号を出力する。受光素子４０は、回動ミラー２５の製造過程で反射板２８の表面に半導体技術により一体的に形成されたものの他に、回動ミラー２５と別体に形成されて反射板２８の表面に固定されたものであってもよい。ただし、受光素子４０を反射板２８の表面に半導体技術により一体的に形成した場合、各部の配置関係からその受光面が送受信レンズ３５のレンズ中心軸Ｃに対して傾いた状態となり、しかも反射板２８の回動によりその向きが変化するが、その変化が所定範囲内であれば、受光面の向きの変化に対する受光感度の変化はほとんど無視できる。また受光面の向きの変化が大きい場合には、後述する信号処理部４２において、予めその向きと感度との関係を求めておき、その関係に基づいて角度毎の受光出力の補正を行えばよい。
【００４２】
回動ミラー２５の反射部２８ａで反射された平行光は、送受信レンズ３５に入射される。送受信レンズ３５は、所謂凸型の性質を示すレンズ（外形は凸型、平面型のいずれでもよい）であり、その焦点Ｆの位置は回動ミラー２５の反射板２８の表面の中心位置に一致しており、且つレンズ中心軸Ｃがベース２１の上面に平行となる状態で図示しない支持体に支持されてベース２１上に直立状態で固定されており、回動ミラー２５の反射部２８ａで反射された平行光を、レンズ中心軸Ｃにほぼ平行な光軸の送信光Ｔにして外部の送受信対象空間へ出射させる。
【００４３】
また、この送受信レンズ３５は、外部の送受信対象空間からの戻り光Ｒを焦点およびその近傍に集光させ、前記したように回動ミラー２５の反射板２８の表面の中心の焦点位置Ｆから僅かに離れた位置に形成された受光素子４０に入射される。
【００４４】
なお、回動ミラー２５の回動駆動が停止している状態で、反射部２８ａで反射された光が送受信レンズ３５のレンズ中心軸Ｃにほぼ一致した光軸で通過するように、半導体レーザ２２、コリメートレンズ２３および回動ミラー２５が配置されているものとする。
【００４５】
また、図２に示すように、回動ミラー２５の反射板２８の他方の面には、受光素子４０により発生する回転モーメントとバランスするカウンターマス４５が固定されており、このカウンターマス４５により反射板２８の回動の軸ズレが防止されている。
【００４６】
また、コリメートレンズ２３と回動ミラー２５の間には、コリメートレンズ２３からアイソレータ２４を介して出射された光の受光素子４０への入射を阻止するためのマスク５０が、台２１ｃ上に支持されて設けられている。
【００４７】
上記のように光学系が構成された光送受信装置２０は、例えば図４のように、携帯使用可能で、送受信レンズ３５からの送信光Ｔを外部空間へ出射させ、且つ外部空間から送受信レンズ３５への戻り光Ｒの入射が可能なガン形状を有する筐体１００を有しており、図示しない操作部の操作により、光の送受信動作を起動できるように構成されている。
【００４８】
また、装置内部には、図５のように受光素子４０の出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４１と、Ａ／Ｄ変換器４１の出力に基づいて、送受信空間における測定対象物質の存在あるいは濃度等についての評価処理を行う信号処理部４２と、処理結果などを表示する表示器４３が設けられている。また、前記した回動ミラー２５を静電駆動あるいは電磁駆動するためのミラー駆動装置４４が設けられている。このミラー駆動装置４４は、信号処理部４２から指定される走査情報に基づいて回動ミラー２５を駆動する。
【００４９】
この信号処理については詳述しないが、最も簡単な処理としては、所望のしきい値と、受光出力とを比較し、掃引中に受光出力がしきい値より低いときにアラーム表示を行い、測定対象物質が存在すること、あるいは規定以上の濃度であることを通知する。
【００５０】
また、掃引中の受光出力を記憶して掃引毎の平均化処理を行い、その空間分布を表示器４３に表示することも可能であり、その分布から測定対象物質が集中している空間を特定することが容易に行える。
【００５１】
このように構成された光送受信装置２０では、半導体レーザ２２から出射されてコリメートレンズ２３により平行光に変換された光は、回動ミラー２５の反射部２８ａに入射される。
【００５２】
回動ミラー２５の反射板２８の回動に伴いコリメートレンズ２３の出射光が反射される角度は変化するが、その入射位置は送受信レンズ３５の焦点Ｆの近傍にあるため、反射部２８ａから出射されて送受信レンズ３５を透過した送信光Ｔはその送受信レンズ３５のレンズ中心軸Ｃにほぼ平行なビームとなって、外部空間へ出射される。
【００５３】
この送信光Ｔは、空間を伝播し、そこに含まれる物質の吸収ピークに対応した周波数の光成分が吸収され、さらに反射・散乱体まで進み、そこで反射・散乱された光の一部が戻り光Ｒとして送受信レンズ３５に戻り、その焦点Ｆおよびその近傍に集光されて受光素子４３に入射される。
【００５４】
したがって、半導体レーザ２２から出射される光の波長を測定対象物質の吸収ピークに一致させておけば、例えば出射光のパワーと受光素子４０で受けた戻り光のパワーの比等から、送受信対象空間に存在する測定対象物質の濃度などを知ることができる。
【００５５】
なお、特許文献１に記載されているように、半導体レーザ２２から出射される光に周波数変調（可変波長光源とする）をかけ、これを測定対象物質が存在する空間に通し、その透過光を受光素子４０で受けたときの出力信号に基づいて空間の吸収スペクトラム特性を求めて、測定対象ガスのガス濃度を測定することもできる。この方法を用いれば、測定対象物質の濃度をより高精度かつ高安定に測定できる。
【００５６】
この方法で実際に測定対象物の濃度を測定すると、吸収ピークに合った周波数の光が吸収されるが、濃度に応じた強度で前記変調周波数の２倍の周波数の強度変化が得られる。この２倍の周波数成分と元の変調周波数の強度変化の比は測定対象物の濃度に比例するので、その濃度を知ることができる。
【００５７】
また、外部空間に含まれる物質自体が送信光Ｔに対して反射・散乱を生じさせる場合には、より簡単な測定原理を適用できる。反射・散乱する粒子に向けて光を出射した場合、空間中の粒子密度が高ければ、戻り光は多く、密度が低ければ戻り光が少なくなる。したがって、光源より出射された光のパワーに対する戻り光の比を測定すれば、空間中の上記粒子密度を知ることができる。
【００５８】
この場合、上記のように物質の吸収ピークに対応した周波数を含む光を用いる必要はなく、該物質により反射・散乱される周波数の光であればよく、その光源も半導体レーザに限られず、ランプ、ＬＥＤ、ＡＳＥ、ＳＬＤ等種々のものから選択することが可能となる。この場合、アイソレータ２４を省略することも可能である。また、上記種々の光源を用いる場合で、その大きさ等の理由からコリメートレンズ２３へ直接入射できない場合には、光源から出射された光を一度光ファイバの一端に結合させ、他端から出射された光をコリメートレンズ２３に出射することもできる。
【００５９】
さらに、この場合、光源自体の直接変調もしくは光源から出射された光を外部の光スイッチにより変調し、送信光Ｔを光パルスとして出射することもできる。この場合、同光パルスが出射され、空間中の物質により反射・散乱されて、戻り光となり、受光素子で受かるまでの時間を測定すれば、同物質が存在する場所までの距離も知ることができる。
【００６０】
これまで述べてきた上記実施形態では、回動ミラー２５に対して送受信レンズ３５の位置が相対的に固定されていたが、図６のように、回動ミラー２５から送受信レンズ３５までの距離を、少なくとも焦点距離より短い方向に可変できる可動機構６０を設けることで、走査空間の広さを拡大することができる。なお、ここでは可変機構６０で送受信レンズ３５を動かす場合を示すが、送受信レンズ３５に対して、半導体レーザ２２、コリメートレンズ２３、アイソレータ２４および回動ミラー２５を一体的に動かしてもよい。
【００６１】
このように、回動ミラー２５と送受信レンズ３５との距離を短くした場合、反射部２８ａで反射されて送受信レンズ３５に向かう平行光のうち、レンズ中心軸Ｃを通るもの以外は、送受信レンズ透過後に、レンズ中心軸Ｃとは平行にならずレンズ中心軸Ｃから遠ざかる方向に伝播するので走査空間が拡がる。ただし、反射により受光素子４０に戻ってくる光量が少なくなり、受信における焦点ずれも発生するので、Ｓ／Ｎ比が劣化して測定精度が低下するが、走査空間が広くなったことで、測定対象物の検知確率が高くなる。
【００６２】
したがって、初めに上記した広範囲走査モードで測定を行い、測定対象物の検知後、あるいは測定対象物の存在が予測される領域特定後に、走査空間を元に戻して、精度の高い測定を実行することもできる。
【００６３】
特に、配管などからの漏洩を検知するには、まずは漏洩物質の所在を捉えることが最優先であり、一度漏洩物質を捉えてしまえば、あとは走査空間を元の状態に戻したり、走査を止め、回動ミラー２５の回動を停止して、高精度な濃度測定を行えばよい。なお、回動ミラー２５の回動を停止させて使う場合には、回動停止時に平行光が送受信レンズ３５の中心を通るように、半導体レーザ２２、コリメートレンズ２３および回動ミラー２５を配置しておくとよい。
【００６４】
また、上記の広範囲走査モードは、可動機構６０でレンズを移動する方法だけでなく、固定の送受信レンズ３５の前に凹レンズを着脱できるように構成し、凹レンズを装着して送信光Ｔの走査範囲を広げて粗い測定を行い、その後に凹レンズを外して正確な測定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態の構成図
【図２】回動ミラーの構造例を示す図
【図３】回動ミラーによる光走査軌道の例を示す図
【図４】実施形態の筐体の形状例を示す図
【図５】実施形態の電気信号処理のための構成を示す図
【図６】送受信レンズ３５の位置可変できるようにした例を示す図
【符号の説明】
【００６６】
２０……光送受信装置、２１……ベース、２２……半導体レーザ、２３……コリメートレンズ、２４……アイソレータ、２５……回動ミラー、２６……外フレーム、２７……内フレーム、２８……反射板、２８ａ……反射部、２９〜３２……連結軸、３５……送受信レンズ、４０……受光素子、４１……Ａ／Ｄ変換器、４２……信号処理部、４３……表示器、４４……ミラー駆動装置、４５……カウンターマス、５０……マスク、６０……可動機構
【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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