(57)【要約】【課題】赤外線光源の光量の損失を抑制しつつも小型化を実現すると共に、ガスを速やかに検出可能にするガスセンサを提供することを課題とする。【解決手段】縦横に配列された複数のフィラメント１１を有する赤外線光源２と、赤外線検出器３と、光学フィルタ４と、内外でガスが流通可能な筐体５と、を備え、各フィラメント１１には、赤外線を赤外線検出器３の方向へ案内する案内手段１２がそれぞれ設けられており、赤外線検出器３の受光面は、フィラメント１１が縦横に配列されることで面発光する前記基材の表面から放射される、案内手段１２により指向性を有する赤外線を受光し、筐体５は、赤外線光源と赤外線検出器との間の空間を囲む部材８が通気性の部材で構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定のガスの有無を検出するガスセンサであって、
基材と、該基材の表面に縦横に配列された複数のフィラメントとを有する赤外線光源と、
赤外線を受光する受光面を有し、該受光面が前記基材の表面と対峙する赤外線検出器と、
前記赤外線検出器の前記受光面を覆う光学フィルタであって、該光学フィルタが透過可能な赤外線の波長が、検出対象とするガスが吸収する赤外線の波長になるように設定される光学フィルタと、
前記赤外線光源と前記赤外線検出器と前記光学フィルタとを収容する筐体であって、該筐体の内外でガスが流通可能な筐体と、を備え、
前記各フィラメントには、赤外線を前記赤外線検出器の方向へ案内する案内手段がそれぞれ設けられており、
前記赤外線検出器の受光面は、フィラメントが縦横に配列されることで面発光する前記基材の表面から放射される、前記案内手段により指向性を有する赤外線を受光し、
前記筐体は、該筐体を構成する部材のうち少なくとも前記赤外線光源と前記赤外線検出器との間の空間を囲む部材が、該筐体の内外でガスを流通可能な通気性の部材で構成される、
ガスセンサ。
【請求項２】
前記赤外線検出器と前記光学フィルタとを組み合わせた赤外線受光部を複数備える、
請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記各赤外線受光部は、互いに異なるガスを検出対象とする、
請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記筐体は、前記通気性の部材が網目状の部材で構成されている、
請求項１から３の何れか一項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記案内手段は、フィラメントを囲んで該フィラメントからの赤外線を前記赤外線検出器の方向へ案内するリフレクタである、
請求項１から４の何れか一項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスを検出するガスセンサには、様々な原理のものが存在する。例えば、二酸化炭素のガスを検出するガスセンサには、ＮＤＩＲ（Non Dispersive Infrared Gas Analyzer）方式、固体電解質方式、光音響方式などがある。このうち、ＮＤＩＲ方式は、赤外線を照射された分子が吸収するエネルギースペクトルが、分子の化学構造によって異なることを利用した検出方式であり、他の方式に比べて感度が優れる（例えば、特許文献１〜４を参照）。
【０００３】
ガスに照射する赤外線の光源としては、フィラメントによるもの（例えば、特許文献５〜７）やレーザによるもの（例えば、特許文献８を参照）がある。このうち、レーザ光源は、一般的に測定波長域が狭く、製品毎の特性のバラつきが大きい。一方、フィラメント光源は、測定波長域が広く、製品毎の特性のバラつきも小さい。
【特許文献１】特開平７−７２０７８号公報
【特許文献２】特開平１０−３３２５８５号公報
【特許文献３】特開２００６−１０４２３号公報
【特許文献４】特開２００６−２７５６４１号公報
【特許文献５】特開２００１−２２１７３７号公報
【特許文献６】特開平１０−２９４０９２号公報
【特許文献７】特開２００５−２０７８９１号公報
【特許文献８】特開２００７−４０９９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
赤外線光源としてフィラメントを用いる場合、赤外線が放射状に放出される。このため、赤外線センサの方へ光を集める反射板やレンズ、光の拡散を抑える光導管等が用いられる。しかし、赤外線光源の周囲にこのような部材を設けることは、ガスセンサの大型化に繋がる。特に、光導管を用いる場合は、管内のガスを置換する通気口を十分な大きさにすることができないため、ガスが置換されるのに時間が掛かる。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、赤外線光源の光量の損失を抑制しつつも小型化を実現すると共に、ガスを速やかに検出可能にするガスセンサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、指向性の赤外線を面発光する赤外線光源を筐体に収容し、筐体を構成する部材のうち少なくとも赤外線光源と赤外線検出器との間の空間を囲む部材を通気性の部材で構成する。
【０００７】
詳細には、特定のガスの有無を検出するガスセンサであって、基材と、該基材の表面に縦横に配列された複数のフィラメントとを有する赤外線光源と、赤外線を受光する受光面を有し、該受光面が前記基材の表面と対峙する赤外線検出器と、前記赤外線検出器の前記受光面を覆う光学フィルタであって、該光学フィルタが透過可能な赤外線の波長が、検出対象とするガスが吸収する赤外線の波長になるように設定される光学フィルタと、前記赤外線光源と前記赤外線検出器と前記光学フィルタとを収容する筐体であって、該筐体の内
外でガスが流通可能な筐体と、を備え、前記各フィラメントには、赤外線を前記赤外線検出器の方向へ案内する案内手段がそれぞれ設けられており、前記赤外線検出器の受光面は、フィラメントが縦横に配列されることで面発光する前記基材の表面から放射される、前記案内手段により指向性を有する赤外線を受光し、前記筐体は、該筐体を構成する部材のうち少なくとも前記赤外線光源と前記赤外線検出器との間の空間を囲む部材が、該筐体の内外でガスを流通可能な通気性の部材で構成される。
【０００８】
上記ガスセンサは、任意に定められた特定のガスの有無を検出するものであり、検出対象とするガスの種類は光学フィルタの種類に応じて決定される。すなわち、検出対象とするガスがエネルギーを吸収する波長の赤外線を透過可能とし、その他の波長の赤外線を透過しない光学フィルタを用いることで、特定のガスの検出を可能とする。
【０００９】
ここで、上記赤外線光源は、基材の表面に縦横に配列された複数のフィラメントを有し、各フィラメントへの通電による発熱で赤外線を放射する。赤外線光源は、フィラメントがこのように配列されることで面状に発光する。赤外線検出器は、この赤外線光源の発光面と対峙することにより、各フィラメントから放射される赤外線を受光する。各フィラメントには、フィラメントから放射状に放たれる赤外線を赤外線検出器の方向へ案内する案内手段が設けられている。これにより、面発光する赤外線光源から放射された赤外線は赤外線検出器へ向けられることになる。従って、赤外線光源から赤外線検出器まで赤外線を案内する反射板等が不要であるためにセンサ全体が小型化可能であり、赤外線光源と赤外線検出器との間の空間を囲む部材を、ガスを流通可能な通気性の部材で構成することが可能となる。通気性の部材を用いているためにガスが筐体の内外で流通しやすく、センサ周辺のガスを速やかに検出できる。なお、ガスを流通可能な通気性の部材としては、例えば、網目状の部材を挙げることができる。
【００１０】
なお、上記ガスセンサは、前記赤外線検出器と前記光学フィルタとを組み合わせた赤外線受光部を複数備えるものであってもよい。赤外線光源が面発光するため、赤外線検出器と光学フィルタを組み合わせた赤外線受光部をこの発光面と平行するように複数設けてもセンサ全体を小型化できる。特に、一点から放射状に放たれる赤外線を使う場合に比べて大幅な小型化が可能である。なお、このように面発光する赤外線光源からの赤外線を複数の赤外線受光部で受光する構成を採用する場合、前記各赤外線受光部は、互いに異なるガスを検出対象とするものであってもよい。これによれば、複数の種類のガスを検出することが可能である。
【００１１】
また、前記案内手段は、フィラメントを囲んで該フィラメントからの赤外線を前記赤外線検出器の方向へ案内するリフレクタであってもよい。このように構成される赤外線光源であれば、各フィラメントから放射状に放たれた赤外線が赤外線検出器の方へ反射されるため、赤外線光源から放射される赤外線をガスの検出に有効に使うことができる。
【発明の効果】
【００１２】
赤外線光源の光量の損失を抑制しつつも小型化を実現すると共に、ガスを速やかに検出可能にするガスセンサを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るガスセンサ１の構成図である。ガスセンサ１は、図１に示すように、赤外線光源２、赤外線検出器３、光学フィルタ４、及びこれらを収容する筐体５を備えている。
【００１４】
赤外線検出器３は、赤外線光源２から放射される赤外線を検出して電気出力する検出器である。赤外線検出器３は、ケーブル６を介して図示しない電気回路と繋がれており、赤
外線検出器３からの出力に増幅処理等が施される。検出器としては、赤外線を受光した際の素子の温度上昇によって赤外線を検出する熱型のものや、赤外線の光子が入射した際に励起される電子に基づいて赤外線を検出する量子型のものを適用できる。
【００１５】
光学フィルタ４は、赤外線光源２から放射される赤外線のうち、検出対象とするガスが吸収する特定の波長の赤外線を選択的に透過可能にする光学フィルタである。従って、光学フィルタ４が透過可能な赤外線の波長は、検出対象とするガスの成分に応じて適宜選定される。例えば、二酸化炭素のガスを検出対象とする場合、二酸化炭素のガスは約４．３μｍの波長の赤外線を吸収する性質を有するため、この波長の赤外線を選択的に透過する光学フィルタを選定する。
【００１６】
筐体５は、赤外線光源２や赤外線検出器３、光学フィルタ４を収容する。筐体５は、赤外線光源２の表面（後述するフィラメントが縦横に配列されていることにより発光する面）と赤外線検出器の受光面とが対峙するように、これらを筐体５内の内壁に固定している。従って、筐体５内の空間は、赤外線光源２と赤外線検出器３とによって挟まれていることになる。筐体５は、赤外線光源２と赤外線検出器３を固定している部材７が赤外線を遮る部材で構成されており、赤外線光源２と赤外線検出器３との間の空間を囲む部材８が網目状の部材で構成されている。従って、筐体５の周囲に存在するガスは、筐体５の内外を自由に流通する。なお、赤外線光源２と赤外線検出器３との間は、約１０ｍｍ程度の距離がある。
【００１７】
赤外線光源２は、放射する赤外線の波長域が広いフィラメント式の光源である。図２は、赤外線光源２が放射する赤外線の方向を示した図である。赤外線光源２は、指向性の光源であり、図２に示すように赤外線検出器３の方向に赤外線を放射する。図３は、赤外線検出器３の要部を拡大した断面図であり、詳細には図２の符号Ａで示す部分を拡大した図である。赤外線光源２は、図３に示すように、シリコン基板９に設けられた堀１０の上を跨ぐマイクロブリッジ状のフィラメント１１が縦横に多数配列された光源であり、フィラメント１１がこのように配列されることで面発光する。各フィラメント１１には、赤外線光源２から放射される赤外線を赤外線検出器３の方向へ案内する微小なリフレクタ１２がそれぞれ取り付けられている。なお、各フィラメント１１は、シリコン基板９をフィラメント１１だけ残して堀１０が形成されるように異方性エッチング処理することにより形成される。ガスの検出を行う際は、ケーブル６を介して各フィラメント１１を通電する。これにより、各フィラメント１１が発熱し、赤外線を放つ。各フィラメント１１から放射された赤外線は、光学フィルタ４を介して赤外線検出器３に入力される。検出対象のガスが筐体５の中に存在する場合は赤外線検出器３で検出される赤外線のエネルギーが弱くなり、存在しない場合は赤外線検出器３で検出される赤外線のエネルギーが強くなる。
【００１８】
上記のように構成されるガスセンサ１は、平面に縦横に配列された多数のフィラメント１１が赤外線を放射することにより赤外線光源２が平面的に発光する。このため、赤外線が一点で発光する場合に必要となるレンズや導光管、上記リフレクタ１２よりも遥かに大きいリフレクタ等（例えば、図４を参照）が不要である。よって、ガスセンサの小型化することができる。また、赤外線光源２から放射される赤外線が指向性を有し、赤外線検出器３に向けて照射されるため、導光管が不要である。よって、筐体５を網目状の部材等、通気性の部材で構成することが可能である。筐体５を通気性の部材で構成すれば、筐体の一部に通気口を設けた部材で構成する場合に比べて、筐体内のガスを迅速に置換することができるため、ガスを速やかに検出することができる。
【００１９】
また、上記実施形態は、次のように変形してもよい。図５は、本変形例に係るガスセンサ２１の構成図である。本変形例に係るガスセンサ２１は、図４に示すように、筐体５の内部に光学フィルタ４と赤外線検出器３とをそれぞれ二つずつ備えている。光学フィルタ
４と赤外線検出器３とを組み合わせた赤外線受光部２２は、他の赤外線受光部２２と異なるガスを検出するように構成される。具体的には、各光学フィルタ４が、互いに異なる波長の赤外線を選択的に透過可能となっている。例えば、２つある赤外線受光部２２のうち、何れか一方の赤外線受光部２２の光学フィルタ４を、二酸化炭素に最も吸収される４．３μｍの波長の赤外線を選択的に透過するフィルタとする。また、何れか他方の赤外線受光部２２の光学フィルタ４を、一酸化炭素に最も吸収される４．７μｍの波長の赤外線を選択的に透過するフィルタとする。２つの赤外線受光部２２をそれぞれこのように構成することで、一つの赤外線光源２で２種類のガスを検出可能なガスセンサとすることができる。なお、本変形例に係るガスセンサ１は、２つの赤外線受光部２２で構成されるもののみならず、３つ以上の赤外線受光部２２で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係るガスセンサの構成図。
【図２】赤外線光源が放射する赤外線の方向を示した図。
【図３】赤外線検出器の要部を拡大した断面図。
【図４】従来例に係るガスセンサの構成図。
【図５】変形例に係るガスセンサの構成図。
【符号の説明】
【００２１】
１  ２１  ガスセンサ
２  赤外線光源
３  赤外線検出器
４  光学フィルタ
５  筐体
６  ケーブル
７  部材
８  部材
９  シリコン基板
１０  堀
１１  フィラメント
１２  リフレクタ
２２  赤外線受光部
【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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