(57)【要約】【課題】受光器により受光される光のＳ／Ｎ比を大きくすることが可能かつ小型化が可能なチョッパ、並びに、分析精度が高くかつ小型化が可能な光学式分析装置を提供する。【解決手段】ＴＨＣ測定装置１００に、光を発生させる赤外ランプ１０と、光を周期的に波長変動させる分光器２０と、光の強度を検出するフォトダイオード３０と、測定対象ガス１を収容可能かつ赤外ランプ１０により発生した光を透過可能なガス容器４０と、光チョッパ５０と、を具備するとともに、光チョッパ５０に、光が通過可能な開口部５１ｃが形成された基部５１ａおよび電圧の印加状態に対応して回動することにより光が通過する状態または光を遮断する状態のいずれかの状態に切り替える回動部５１ｂを有するＭＥＭＳチョッパ部材５１並びに光を絞るためのスリット５６ａが形成されたスリット部材５６を具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生させる光源と、
前記光源により発生した光を周期的に波長変動させる分光器と、
前記分光器により波長変動された光の強度を検出する受光器と、
前記光源、前記分光器および前記受光器により形成される光路において前記分光器および前記受光器により挟まれる位置または前記光源および前記分光器により挟まれる位置に配置され、測定対象ガスを収容可能かつ前記光を透過可能なガス容器と、
を具備する光学式分析装置に用いられる光チョッパであって、
前記光源により発生した光が通過可能な開口部が形成された基部、および電圧の印加状態に対応して前記基部に対して回動することにより前記開口部を開口して前記光源により発生した光が通過する通過状態または前記開口部を閉塞して前記光源により発生した光を遮断する遮断状態のいずれかの状態に切り替える回動部を具備するＭＥＭＳチョッパ部材と、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材に隣接する位置に配置され、前記光源により発生した光を絞るためのスリットが形成されたスリット部材と、
を具備する光チョッパ。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材は、
前記光の光路において前記スリット部材よりも上流側に配置される請求項１に記載の光チョッパ。
【請求項３】
前記分光器は、
前記光源により発生した光を波長毎に異なる反射角度で反射するグレーティングと、
前記グレーティングにより反射された光を所定の方向に反射するＭＥＭＳミラーと、
を具備する請求項１または請求項２に記載の光チョッパ。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材のチョッピング周期は、前記分光器の分光周期よりも短い請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光チョッパ。
【請求項５】
前記光路において前記光源および前記分光器により挟まれる位置には、前記光源により発生する光を集光する集光レンズ、並びに、前記集光レンズにより集光された光を平行光とするコリメートレンズが配置される請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光チョッパ。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記集光レンズおよび前記コリメートレンズにより挟まれる位置に形成される前記光の焦点に対応する位置に配置される請求項５に記載の光チョッパ。
【請求項７】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記コリメートレンズおよび前記分光器により挟まれる位置、または前記分光器および前記受光器により挟まれる位置に配置される請求項５に記載の光チョッパ。
【請求項８】
光を発生させる光源と、
前記光源により発生した光を周期的に波長変動させる分光器と、
前記分光器により波長変動された光の強度を検出する受光器と、
前記光源、前記分光器および前記受光器により形成される光路において前記分光器および前記受光器により挟まれる位置または前記光源および前記分光器により挟まれる位置に配置され、測定対象ガスを収容可能かつ前記光を透過可能なガス容器と、
前記光路の中途部に配置される光チョッパと、
を具備し、
前記光チョッパは、
前記光源により発生した光が通過可能な開口部が形成された基部、および電圧の印加状態に対応して前記基部に対して回動することにより前記開口部を開口して前記光源により発生した光が通過する通過状態または前記開口部を閉塞して前記光源により発生した光を遮断する遮断状態のいずれかの状態に切り替える回動部を具備するＭＥＭＳチョッパ部材と、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材に隣接する位置に配置され、前記光源により発生した光を絞るためのスリットが形成されたスリット部材と、
を具備する光学式分析装置。
【請求項９】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材は、
前記光の光路において前記スリット部材よりも上流側に配置される請求項８に記載の光学式分析装置。
【請求項１０】
前記分光器は、
前記光源により発生した光を波長毎に異なる反射角度で反射するグレーティングと、
前記グレーティングにより反射された光を所定の方向に反射するＭＥＭＳミラーと、
を具備する請求項８または請求項９に記載の光学式分析装置。
【請求項１１】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材のチョッピング周期は、前記分光器の分光周期よりも短い請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の光学式分析装置。
【請求項１２】
前記光路において前記光源および前記分光器により挟まれる位置には、前記光源により発生する光を集光する集光レンズ、並びに、前記集光レンズにより集光された光を平行光とするコリメートレンズが配置される請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載の光学式分析装置。
【請求項１３】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記集光レンズおよび前記コリメートレンズにより挟まれる位置に形成される前記光の焦点に対応する位置に配置される請求項１２に記載の光学式分析装置。
【請求項１４】
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記コリメートレンズおよび前記分光器により挟まれる位置、または前記分光器および前記受光器により挟まれる位置に配置される請求項１２に記載の光学式分析装置。
【請求項１５】
前記受光器により受光された光の強度に基づいて前記測定対象ガスに含まれるガス種の濃度を算出するデータ処理装置を具備する請求項８から請求項１４までのいずれか一項に記載の光学式分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から発生する光が通過する光路の中途部に配置され、当該光を周期的に通過させるとともに遮断する光チョッパ、およびこのような光チョッパを具備する光学式分析装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の排気ガスに含まれる炭化水素の濃度を測定する技術を測定原理で分類すると、代表的なものとしては水素炎イオン化法（Ｆｌａｍｅ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ＦＩＤ）を用いるもの、非分散形赤外線分析法（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いるものが知られている。非分散形赤外線分析法を用いる技術としては特許文献１に記載の技術が知られている。
【０００３】
しかし、水素炎イオン化法を用いる技術は、実質的には測定の対象となるガスに含まれる炭素原子の個数をカウントするものであり、その測定精度自体は高いが測定の対象となるガスに含まれる炭化水素の化学種毎の組成を測定することはできないこと、リアルタイムでの計測に不向きであること、という問題を有する。
【０００４】
また、非分散形赤外線分析法を用いる技術は、原理的には応答遅れの無いリアルタイムな炭化水素の非接触濃度計測が可能であるが、炭化水素はその種類毎に固有の吸収波長帯（吸収量が多い波長帯）を持っているので、測定対象となるガス中に含まれる炭化水素の種類毎に対応する波長帯の光を発生する光源および受光素子を用意する必要が生じる。
特に、自動車等の排気ガスに含まれる炭化水素の種類は場合によっては２００種類を超えるため、全ての種類の炭化水素に対応する光源および受光素子を用意した場合には装置が非常に大型化し、かつ装置の製造コストが膨大なものとなるという問題を有する。
【０００５】
上記問題を解消する技術として、出願人らは、「単数または複数の化学種からなる炭化水素を含むガスに前記単数または複数の化学種に共通の吸収領域を含む波長帯の光を照射する照射部と、前記照射部により前記ガスに照射された光を検出する検出部と、前記検出部により検出された光に基づいて前記共通の吸収領域の吸光度を算出し、当該吸光度に基づいて前記共通の吸収領域の波長帯の光を吸収する化学種の濃度の和を算出する解析部と、を具備する炭化水素濃度測定装置」を提案している（特願２００７−２８９７６６号参照）。
この技術は、例えば炭化水素のうち、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、（ｃ）アルキンからなるグループ、がそれぞれ異なる波長帯の光を吸収する性質を利用し、各グループに対応する波長帯の光の吸収量を検出することにより、各グループに属する炭化水素の濃度（の和）を検出可能とし、装置に必要な光源および受光素子の数を減らし、装置の小型化を可能とする。
【０００６】
また、上記炭化水素濃度測定装置の照射部の具体的な構成としては広い波長帯の光を発生可能な光源と、当該光源からの光の波長を所定の周波数で変動させる分光器と、の組み合わせが考えられる。
更に、分光器の具体的な構成としては、当該光源からの光の反射角度を所定の周波数で変動させるＭＥＭＳミラーと、当該ＭＥＭＳミラーにより反射された光を更に反射するグレーティングと、の組み合わせが考えられる。
【０００７】
特許文献２の段落００２２には、測定対象ガスを通過した光およびリファレンス光源からの光を交互に受光器に受光させる光路切り替え装置としてＭＥＭＳミラーを用いる例が開示されている。
【０００８】
しかし、上記（ａ）〜（ｃ）のグループの各吸収波長帯全てをカバーする波長帯の光を発生する一つの光源と、当該光源からの光を経時的に波長変動させる分光器（例えば、グレーティングおよびＭＥＭＳミラーを組み合わせたもの）と、分光器から受光した光の強度を検出する受光器と、を備える光学式分析装置により上記出願人らが提案した技術を実施する場合、受光器が受光する光は先に分光器により複数の波長帯に分光されたものであるためにその光強度が小さく、受光器が受光する光のＳ／Ｎ比が小さくなって受光器の検出精度、ひいては光学式分析装置の分析精度が低下するという問題を有する。
【０００９】
特許文献３には、光源から受光器までの光路の中途部を測定用光路およびリファレンス用光路の二つに分岐させ、測定用光路の中途部に測定対象ガスが封入された容器を配置し、リファレンス用光路の中途部にＭＥＭＳミラーおよびグレーティングを組み合わせた分光器を配置することにより、一つの光源により発生する光で測定対象ガスの複数種類の波長帯の吸収量を測定可能なガス分析装置が開示されている。
【００１０】
特許文献４には、光源から受光器までの光路の中途部を測定用光路およびリファレンス用光路の二つに分岐させ、測定用光路の中途部に測定対象ガスが封入された容器およびＭＥＭＳミラーおよびグレーティングを組み合わせた分光器を配置し、リファレンス用光路の中途部にＭＥＭＳミラーおよびグレーティングを組み合わせた分光器を配置することにより、一つの光源により発生する光で測定対象ガスの複数種類の波長帯の吸収量を測定可能なガス分析装置が開示されている。
【００１１】
しかし、特許文献３および特許文献４に記載のガス分析装置も、一つの光源から発生する光を複数の波長帯に分けて検出器に入射させる構造を有するため、受光器が受光する光のＳ／Ｎ比が小さくなるという問題が発生する。
【００１２】
上記受光器の検出精度の低下（Ｓ／Ｎ比の低下）を解消する一般的な方法としては、受光器に受光される光をチョッピングする、すなわち経時的にＯＮ／ＯＦＦする方法が知られている。
より詳細には、光がＯＮのときに受光器により検出される光強度と光がＯＦＦのときに受光器により検出される光強度との差分を用いることにより、受光器により検出される光強度に含まれるノイズ成分の影響が排除され、受光器の検出精度が向上する。
【００１３】
受光器に受光される光をチョッピングする一般的な方法としては、（Ａ）光源から受光器までの光路の中途部に回転ディスク式の光チョッパを配置する方法、（Ｂ）光源自体を明滅させる（光源への電力供給を経時的にＯＮ／ＯＦＦする）方法、等が知られている。
【００１４】
しかし、（Ａ）光源から受光器までの光路の中途部に回転ディスク式の光チョッパを配置する方法は、以下の問題点を有する。
現在市販されている回転ディスク式の光チョッパの回転ディスクの直径は小さいものでも１０ｃｍ程度であり、これを回転させるモータ等も必要となるため、回転ディスク式の光チョッパは全体としてかなり大きくなってしまう。
特に、光学式分析装置の光学系（光源、光チョッパ、分光器および受光器）のサイズが大きい場合、光学系が種々の部品等と干渉してしまい、実車（走行可能な状態の自動車）に光学式分析装置を取り付けて分析を行うことが出来ないという問題が生じる。
また、自動車の排気ガスの分析を行う場合には分析結果のリアルタイム性が要求され、分光器による光の波長変動の周期を短くする（変動周波数を大きくする）ことが重要となるが、これに伴って光チョッパのチョッピング周期（光をＯＮ／ＯＦＦする周期）を分光器による光の波長変動の周期よりも更に短くする（光チョッパのチョッピング周波数を更に大きくする）ことが要求される。
光チョッパのチョッピング周期を短くする方法としては、回転ディスクを回転駆動するモータの回転数を上げる方法、および回転ディスクの直径を大きくして回転ディスクに形成されるスリットの数を増やす方法が考えられるが、いずれも回転ディスク式の光チョッパの大型化およびコスト増大を招来する。
【００１５】
（Ｂ）光源自体を明滅させる方法としては、光源としてＬＥＤを採用する方法、および光源として赤外素子（赤外ランプ）を採用する方法、等が知られている。
【００１６】
光源としてＬＥＤを採用する方法は、ＬＥＤが高速スイッチング可能であることから、光源の明滅周期を短くする（明滅周波数を大きくする）観点において優れているが、ＬＥＤは一般的にその出力が小さく（数十μＷ程度）、発生する光の強度が小さいという問題を有する。
【００１７】
光源として赤外素子を採用する方法は、その出力を大きくすることが可能であるが、明滅周期が長い（数十ｍｓｅｃ程度）という問題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平４−２２５１４２号公報
【特許文献２】特表２００８−５１０９６１号公報
【特許文献３】特開２００５−３１５７１１号公報
【特許文献４】特開２００６−１３８７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、受光器により受光される光のＳ／Ｎ比を大きくすることが可能かつ小型化が可能なチョッパ、並びに、分析精度が高くかつ小型化が可能な光学式分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００２１】
即ち、請求項１においては、
光を発生させる光源と、
前記光源により発生した光を周期的に波長変動させる分光器と、
前記分光器により波長変動された光の強度を検出する受光器と、
前記光源、前記分光器および前記受光器により形成される光路において前記分光器および前記受光器により挟まれる位置または前記光源および前記分光器により挟まれる位置に配置され、測定対象ガスを収容可能かつ前記光を透過可能なガス容器と、
を具備する光学式分析装置に用いられる光チョッパであって、
前記光源により発生した光が通過可能な開口部が形成された基部、および電圧の印加状態に対応して前記基部に対して回動することにより前記開口部を開口して前記光源により発生した光が通過する通過状態または前記開口部を閉塞して前記光源により発生した光を遮断する遮断状態のいずれかの状態に切り替える回動部を具備するＭＥＭＳチョッパ部材と、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材に隣接する位置に配置され、前記光源により発生した光を絞るためのスリットが形成されたスリット部材と、
を具備するものである。
【００２２】
請求項２においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材は、
前記光の光路において前記スリット部材よりも上流側に配置されるものである。
【００２３】
請求項３においては、
前記分光器は、
前記光源により発生した光を波長毎に異なる反射角度で反射するグレーティングと、
前記グレーティングにより反射された光を所定の方向に反射するＭＥＭＳミラーと、
を具備するものである。
【００２４】
請求項４においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材のチョッピング周期は、前記分光器の分光周期よりも短いものである。
【００２５】
請求項５においては、
前記光路において前記光源および前記分光器により挟まれる位置には、前記光源により発生する光を集光する集光レンズ、並びに、前記集光レンズにより集光された光を平行光とするコリメートレンズが配置されるものである。
【００２６】
請求項６においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記集光レンズおよび前記コリメートレンズにより挟まれる位置に形成される前記光の焦点に対応する位置に配置されるものである。
【００２７】
請求項７においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記コリメートレンズおよび前記分光器により挟まれる位置、または前記分光器および前記受光器により挟まれる位置に配置されるものである。
【００２８】
請求項８においては、
光を発生させる光源と、
前記光源により発生した光を周期的に波長変動させる分光器と、
前記分光器により波長変動された光の強度を検出する受光器と、
前記光源、前記分光器および前記受光器により形成される光路において前記分光器および前記受光器により挟まれる位置または前記光源および前記分光器により挟まれる位置に配置され、測定対象ガスを収容可能かつ前記光を透過可能なガス容器と、
前記光路の中途部に配置される光チョッパと、
を具備し、
前記光チョッパは、
前記光源により発生した光が通過可能な開口部が形成された基部、および電圧の印加状態に対応して前記基部に対して回動することにより前記開口部を開口して前記光源により発生した光が通過する通過状態または前記開口部を閉塞して前記光源により発生した光を遮断する遮断状態のいずれかの状態に切り替える回動部を具備するＭＥＭＳチョッパ部材と、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材に隣接する位置に配置され、前記光源により発生した光を絞るためのスリットが形成されたスリット部材と、
を具備するものである。
【００２９】
請求項９においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材は、
前記光の光路において前記スリット部材よりも上流側に配置されるものである。
【００３０】
請求項１０においては、
前記分光器は、
前記光源により発生した光を波長毎に異なる反射角度で反射するグレーティングと、
前記グレーティングにより反射された光を所定の方向に反射するＭＥＭＳミラーと、
を具備するものである。
【００３１】
請求項１１においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材のチョッピング周期は、前記分光器の分光周期よりも短いものである。
【００３２】
請求項１２においては、
前記光路において前記光源および前記分光器により挟まれる位置には、前記光源により発生する光を集光する集光レンズ、並びに、前記集光レンズにより集光された光を平行光とするコリメートレンズが配置されるものである。
【００３３】
請求項１３においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記集光レンズおよび前記コリメートレンズにより挟まれる位置に形成される前記光の焦点に対応する位置に配置されるものである。
【００３４】
請求項１４においては、
前記ＭＥＭＳチョッパ部材の開口部および前記スリット部材のスリットは、
前記光路において前記コリメートレンズおよび前記分光器により挟まれる位置、または前記分光器および前記受光器により挟まれる位置に配置されるものである。
【００３５】
請求項１５においては、
前記受光器により受光された光の強度に基づいて前記測定対象ガスに含まれるガス種の濃度を算出するデータ処理装置を具備するものである。
【発明の効果】
【００３６】
本出願における請求項１から請求項７までに記載の発明は、受光器により受光される光のＳ／Ｎ比を大きくすることが可能かつ小型化が可能である、という効果を奏する。
本出願における請求項８から請求項１５までに記載の発明は、分析精度が高くかつ小型化が可能である、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る光学式分析装置の第一実施形態を示す図。
【図２】本発明に係る光学式分析装置の第一実施形態の光学系を示す図。
【図３】本発明に係る光学式分析装置の光学系の別実施形態を示す図。
【図４】同じく本発明に係る光学式分析装置の光学系の別実施形態を示す図。
【図５】本発明に係る光学式分析装置の第二実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下では、図１および図２を用いて本発明に係る光学式分析装置の第一実施形態であるＴＨＣ測定装置１００について説明する。
【００３９】
図１に示すＴＨＣ測定装置１００は、測定対象ガス１に含まれる炭化水素の濃度和（Ｔｏｔａｌ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）を測定する装置である。
「測定対象ガス」は、少なくともその一部に炭化水素を含む気体を広く指す。「測定対象ガス」の具体例としては、自動車の排気ガス等が挙げられる。
測定対象ガスに含まれる炭化水素は必ずしも常温（２５℃）かつ常圧（１気圧）において気化している必要はなく、例えば加熱することにより気化するものであっても良い。
「炭化水素」は、炭素と水素とからなる化合物である化学種を単数または複数種類含む。
炭化水素に含まれる化学種は、その構造からアルカン、アルケン、アルキン、芳香族炭化水素等に分類される。
「アルカン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ＋２（ｎ；１以上の整数）で表される鎖状飽和炭化水素を指す。なお、本発明においてはシクロアルカンはアルカンに含まれるものとする。
「シクロアルカン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ（ｎ；３以上の整数）で表される環状飽和炭化水素を指す。
「アルケン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ（ｎ；２以上の整数）で表される鎖状不飽和炭化水素を指す。
「アルキン」は、一般式ＣｎＨ２ｎ−２（ｎ；２以上の整数）で表される鎖状不飽和炭化水素を指す。
「芳香族炭化水素」は、単環または複数の環（縮合環）構造を有する炭化水素である。
【００４０】
本実施形態のＴＨＣ測定装置１００は、測定対象ガス１に含まれる炭化水素のうち、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、並びに、（ｃ）アルキンからなるグループ、に属する炭化水素がそれぞれ異なる波長帯の光を吸収する性質を利用し、各グループに対応する波長帯の光の吸収量を検出することにより、各グループに属する炭化水素の濃度和を測定する。
なお、「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素が吸収する波長帯」は波数に換算して２８００ｃｍ−１以上３０００ｃｍ−１以下の波長帯であり、「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素が吸収する波長帯」は波数に換算して３０００ｃｍ−１以上３２００ｃｍ−１以下の波長帯であり、「アルキンからなるグループに属する炭化水素が吸収する波長帯」は波数に換算して３２００ｃｍ−１以上３４００ｃｍ−１以下の波長帯である。
【００４１】
ＴＨＣ測定装置１００は、フレーム１１０、光源側光学系ユニット１２０、ガス容器４０、フォトダイオード３０、チョッパ・分光器制御装置７０、ロックインアンプ８０およびデータ処理装置９０を具備する。
【００４２】
フレーム１１０はＴＨＣ測定装置１００の他の部材、特に光学系を構成する部材の相対的な位置を保持するための構造体である。
フレーム１１０はベース部材１１１、ユニット支持部材１１２、容器支持部材１１３およびフォトダイオード支持部材１１４を具備する。
【００４３】
ベース部材１１１はフレーム１１０の主たる構造体を成す部材である。フレーム１１０を構成する他の部材はベース部材１１１に固定される。
【００４４】
ユニット支持部材１１２は光源側光学系ユニット１２０をベース部材１１１に固定する部材である。ユニット支持部材１１２の下端部はベース部材１１１に固定され、ユニット支持部材１１２の上端部は光源側光学系ユニット１２０に固定される。
【００４５】
容器支持部材１１３はガス容器４０をベース部材１１１に固定する部材である。容器支持部材１１３の下端部はベース部材１１１に固定され、容器支持部材１１３の上端部はガス容器４０に固定される。
【００４６】
フォトダイオード支持部材１１４はフォトダイオード３０をベース部材１１１に固定する部材である。フォトダイオード支持部材１１４の下端部はベース部材１１１に固定され、フォトダイオード支持部材１１４の上端部はフォトダイオード３０に固定される。
【００４７】
光源側光学系ユニット１２０はＴＨＣ測定装置１００の光学系のうち、ガス容器４０よりも赤外ランプ１０寄りに配置される部材をまとめたものである。
光源側光学系ユニット１２０はケース１２１、赤外ランプ１０、第一集光レンズ６１、光チョッパ５０、コリメートレンズ６２、分光器２０および第二集光レンズ６３を具備する。
【００４８】
ケース１２１は箱状の部材であり、光源側光学系ユニット１２０を構成する他の部材を収容するとともに当該他の部材の相対的な位置関係を保持する。
ケース１２１はユニット支持部材１１２を介してベース部材１１１に固定される。
光源側光学系ユニット１２０に収容される各部材（ＴＨＣ測定装置１００の光学系を成す部材）の詳細については後述する。
【００４９】
ガス容器４０は測定対象ガス１を収容する容器である。
本実施形態のガス容器４０は胴体部材４１、入口側窓部材４２および出口側窓部材４３を具備する。
【００５０】
胴体部材４１はガス容器４０の主たる構造体を成す円筒形状の部材である。
胴体部材４１は、例えば自動車の排気ガスの排出経路の中途部に介装され、胴体部材４１の内部を測定対象ガス１（ここでは、排気ガス）が通過する。胴体部材４１は容器支持部材１１３を介してベース部材１１１に固定される。
【００５１】
入口側窓部材４２および出口側窓部材４３は胴体部材４１に形成された二つの開口部に嵌設されたガラスまたは石英からなる部材である。
【００５２】
フォトダイオード３０はフォトダイオード支持部材１１４を介してベース部材１１１に固定される。フォトダイオード３０の詳細については後述する。
【００５３】
以下では、ＴＨＣ測定装置１００の光学系について説明する。
図２に示す如く、ＴＨＣ測定装置１００の光学系は、赤外ランプ１０、分光器２０、フォトダイオード３０、第一集光レンズ６１、コリメートレンズ６２、第二集光レンズ６３および光チョッパ５０により構成される。
【００５４】
赤外ランプ１０は本発明に係る光源の実施の一形態であり、ＴＨＣ測定装置１００の光学系の最上流部を成す部材である。
図１に示す如く、赤外ランプ１０はケース１２１の内部の所定の位置に固定される。
本実施形態の赤外ランプ１０は赤外光を発生させるものであり、赤外ランプ１０により発生する赤外光の波長帯は、「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素が吸収する波長帯」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素が吸収する波長帯」、および「アルキンからなるグループに属する炭化水素が吸収する波長帯」を全て含む。
【００５５】
本実施形態の赤外ランプ１０は赤外光を発生するが、本発明に係る光源はこれに限定されない。これは、本発明に係る光源が発生する光（の波長）は測定対象ガスが吸収する波長帯に応じて適宜選択されるものであることによる。
すなわち、本発明に係る光源により発生する光には、赤外光、可視光、および紫外光が含まれる。
【００５６】
分光器２０は本発明に係る分光器の実施の一形態であり、赤外ランプ１０により発生した光を周期的に波長変動させるものである。
図２に示す如く、分光器２０はグレーティング２１およびＭＥＭＳミラー２６を具備する。
【００５７】
グレーティング２１は赤外ランプ１０により発生した光を回折させることにより波長毎に分光するものである。
本実施形態のグレーティング２１は溝が多数（１ｍｍに数百から数千本程度）形成された回折格子である。グレーティング２１に入射された光は回折されて波長毎に分光され、分光された光は波長に応じて異なる反射角度（回折角度）で反射される。
図１に示す如く、グレーティング２１はケース１２１の内部の所定の位置に固定される。
【００５８】
ＭＥＭＳミラー２６はグレーティング２１により反射された光を所定の方向に反射するものである。ＭＥＭＳミラー２６はいわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により製造される。
図１に示す如く、ＭＥＭＳミラー２６はケース１２１の内部の所定の位置に固定される。
図２に示す如く、ＭＥＭＳミラー２６は基部２６ａおよび回動部２６ｂを有する。
【００５９】
基部２６ａは平板状の部材であり、その中央部には開口部２６ｃが形成される。
【００６０】
回動部２６ｂは平板状の部材であり、開口部２６ｃに収容される位置に配置され、基部２６ａに対して回動可能に連結され、支持される。回動部２６ｂは、基部２６ａとの連結部分が弾性的に捻れることにより基部２６ａに対して回動する。
図２に示す如く、回動部２６ｂに力が作用していない状態では回動部２６ｂと基部２６ａとの連結部分が弾性的に捻れておらず、回動部２６ｂは基部２６ａの一対の板面と回動部２６ｂの板面とが平行となる姿勢（基準姿勢）で保持される。
回動部２６ｂの一方の板面には金、アルミニウム等の薄膜が形成され、当該薄膜がＭＥＭＳミラー２６の反射面を成す。
【００６１】
本実施形態のＭＥＭＳミラー２６はいわゆる電磁力式のミラーである。
基部２６ａには開口部２６ｃ、ひいては回動部２６ｂを挟む形で一対の永久磁石が埋め込まれる。従って、回動部２６ｂは当該一対の永久磁石により形成される磁界の中に配置されることとなる。
また、回動部２６ｂには外部から電圧を印加可能な配線が形成される。
【００６２】
回動部２６ｂに形成された配線に電圧を印加すると、一対の永久磁石により形成される磁界の中に配置された回動部２６ｂにローレンツ力が作用する。その結果、回動部２６ｂが基部２６ａに対して回動し、回動部２６ｂに形成された反射面の角度が変更される。
回動部２６ｂに作用するローレンツ力の大きさは、回動部２６ｂに形成された配線に印可される電圧値、ひいては電流値に対応した大きさを有する。
従って、回動部２６ｂに形成された配線に印可される電圧値（電流値）を調整することにより、回動部２６ｂの回動角度、ひいてはＭＥＭＳミラー２６の反射角度を調整することが可能である。
【００６３】
ＭＥＭＳミラー２６の反射角度が変化すると、ＭＥＭＳミラー２６により所定の方向（本実施形態では、フォトダイオード３０に向かう方向）に反射される光がグレーティング２１から入射される角度が変化する。
従って、ＭＥＭＳミラー２６の反射角度を調整することにより、ＭＥＭＳミラー２６により所定の方向に反射される光の波長を調整することが可能である。
【００６４】
また、回動部２６ｂに形成された配線への電圧の印加を停止すると、回動部２６ｂは基部２６ａとの連結部分の弾性的な捻れ変形を解消するべく回動し、基準姿勢に戻る。
従って、回動部２６ｂに形成された配線に所定の周波数で電圧を印加することにより、回動部２６ｂは当該所定の周波数で揺動し、ＭＥＭＳミラー２６により所定の方向に反射される光が周期的に波長変動する（光の波長が周期的に変動する）。
以下、ＭＥＭＳミラー２６の回動部２６ｂが揺動する周期を「分光器２０の分光周期」という。
【００６５】
本実施形態のＭＥＭＳミラー２６はいわゆる電磁力式のミラーであるが、本発明に係るＭＥＭＳミラーはこれに限定されず、他の駆動形式（例えば、静電式、圧電式、熱歪式）で基部に対して回動部を回動させても良い。
本発明に係るＭＥＭＳミラーは市販のＭＥＭＳミラーにより達成することが可能である。
【００６６】
フォトダイオード３０は本発明に係る受光器の実施の一形態であり、分光器２０により波長変動された光の強度を検出するものである。
本実施形態のフォトダイオード３０は受光した光の強度を検出する半導体素子からなり、受光した光の強度に応じた電気信号を出力（送信）する。
【００６７】
図１および図２において二点鎖線で示す如く、ＴＨＣ測定装置１００の光学系は、赤外ランプ１０から分光器２０、ガス容器４０を経てフォトダイオード３０に至る光路Ａを形成する。
図１に示す如く、ガス容器４０は光路Ａにおいて分光器２０およびフォトダイオード３０により挟まれる位置に配置される。
赤外ランプ１０により発生した光は、分光器２０により周期的に波長変動された状態で入口側窓部材４２を透過して胴体部材４１の内部に進入する。胴体部材４１の内部に進入した光は胴体部材４１の内部に収容されている測定対象物を透過し、次いで出口側窓部材４３を透過して胴体部材４１の外部（ガス容器４０の外部）に導かれ、フォトダイオード３０により受光される。
【００６８】
第一集光レンズ６１は本発明に係る集光レンズの実施の一形態であり、赤外ランプ１０により発生する光を集光（収束）する光学素子である。
図１に示す如く、第一集光レンズ６１はケース１２１の内部の所定の位置に固定される。
図２に示す如く、第一集光レンズ６１は光路Ａにおいて赤外ランプ１０および分光器２０により挟まれる位置に配置される。
【００６９】
コリメートレンズ６２は本発明に係るコリメートレンズの実施の一形態であり、第一集光レンズ６１により集光された光を平行光とし、分光器２０（より詳細には、グレーティング２１）に照射する光学素子である。
図１に示す如く、コリメートレンズ６２はケース１２１の内部の所定の位置に固定される。
図２に示す如く、コリメートレンズ６２は光路Ａにおいて赤外ランプ１０および分光器２０により挟まれ、かつ第一集光レンズ６１よりも下流側となる位置に配置される。
また、コリメートレンズ６２は第一集光レンズ６１により集光された光の焦点Ｂ（図２中の白丸）よりも光路Ａにおいて下流側となる位置に配置される。
【００７０】
第二集光レンズ６３は分光器２０により波長変動された光を集光（収束）してフォトダイオード３０に照射する（受光させる）光学素子である。
図１に示す如く、第二集光レンズ６３はケース１２１においてガス容器４０の入口側窓部材４２に対向する位置に形成された開口部に嵌設され、光源側光学系ユニット１２０の内部から外部に光を照射する窓としての機能を兼ねる。
【００７１】
光チョッパ５０は本発明に係る光チョッパの実施の一形態である。
光チョッパ５０はＭＥＭＳチョッパ部材５１およびスリット部材５６を具備する。
図１に示す如く、光チョッパ５０はケース１２１の内部の所定の位置に固定される。
図２に示す如く、光チョッパ５０は光路Ａにおいて赤外ランプ１０および分光器２０により挟まれる位置、より詳細には第一集光レンズ６１およびコリメートレンズ６２により挟まれる位置に配置される。
【００７２】
ＭＥＭＳチョッパ部材５１は本発明に係るＭＥＭＳチョッパ部材の実施の一形態であり、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により製造される。
図２に示す如く、ＭＥＭＳチョッパ部材５１は基部５１ａおよび回動部５１ｂを有する。
【００７３】
基部５１ａは一対の板面を有する平板状の部材であり、基部５１ａの中央部には基部５１ａの一対の板面を貫通する開口部５１ｃが形成される。
【００７４】
回動部５１ｂは平板状の部材であり、開口部５１ｃに収容される位置に配置され、基部５１ａに対して回動可能に連結され、支持される。回動部５１ｂは、基部５１ａとの連結部分が弾性的に捻れることにより基部５１ａに対して回動する。
図２に示す如く、回動部５１ｂに力が作用していない状態では回動部５１ｂと基部５１ａとの連結部分が弾性的に捻れておらず、回動部５１ｂは基部５１ａの一対の板面と回動部５１ｂの板面とが平行となる姿勢（基準姿勢）で保持される。その結果、開口部５１ｃは回動部５１ｂにより閉塞された（閉じられた）状態となる。
【００７５】
本実施形態のＭＥＭＳチョッパ部材５１はいわゆる電磁力式のアクチュエータである。
基部５１ａには開口部５１ｃ、ひいては回動部５１ｂを挟む形で一対の永久磁石が埋め込まれる。従って、回動部５１ｂは当該一対の永久磁石により形成される磁界の中に配置されることとなる。
また、回動部５１ｂには外部から電圧を印加可能な配線が形成される。
【００７６】
回動部５１ｂは、電圧の印加状態に対応して基部５１ａに対して回動する。
すなわち、回動部５１ｂに形成された配線に電圧を印加すると、一対の永久磁石により形成される磁界の中に配置された回動部５１ｂにはローレンツ力が作用する。その結果、回動部５１ｂが基部５１ａに対して回動し、開口部５１ｃ（厳密には、開口部５１ｃの一部）が開いた状態となる。
【００７７】
また、回動部５１ｂに形成された配線への電圧の印加を停止すると、回動部５１ｂは基部５１ａとの連結部分の弾性的な捻れ変形を解消するべく回動し、基準姿勢に戻る。
従って、回動部５１ｂに形成された配線に所定の周波数で電圧を印加することにより、回動部５１ｂは当該所定の周波数で揺動し、開口部５１ｃを開閉する。
【００７８】
図２において実線で示す如く、回動部５１ｂが基準姿勢をとっているとき、第一集光レンズ６１により集光された光は回動部５１ｂにより遮断され、フォトダイオード３０に到達しない。回動部５１ｂが基準姿勢をとることにより、光が光チョッパ５０により遮断される状態を「遮断状態」という。
図２において点線で示す如く、回動部５１ｂが基部５１ａに対して回動した姿勢をとっているとき、第一集光レンズ６１により集光された光は回動部５１ｂに遮断されずに開口部５１ｃを通過し、フォトダイオード３０に到達する。回動部５１ｂが基部５１ａに対して回動した姿勢をとることにより、光が光チョッパ５０を通過する状態を「通過状態」という。
このように、ＭＥＭＳチョッパ部材５１の回動部５１ｂは、回動することにより「通過状態」および「遮断状態」のいずれかの状態に切り替えることが可能である。
以下、ＭＥＭＳチョッパ部材５１の回動部５１ｂが回動（揺動）する周期、より厳密には通過状態の開始から遮断状態への移行を経て再び通過状態に移行するまでの周期を「光チョッパ５０のチョッピング周期」という。
【００７９】
本実施形態のＭＥＭＳチョッパ部材５１はいわゆる電磁力式のアクチュエータであるが、本発明に係るＭＥＭＳチョッパ部材はこれに限定されず、他の駆動形式（例えば、静電式、圧電式、熱歪式）で基部に対して回動部を回動させても良い。
また、市販のＭＥＭＳミラーその他のＭＥＭＳアクチュエータを本発明に係るＭＥＭＳチョッパ部材として流用することが可能である。
【００８０】
「光チョッパ５０のチョッピング周期」は、「分光器２０の分光周期」よりも短くなるように設定される（光チョッパ５０のチョッピング周波数は、分光器２０の分光周波数よりも大きくなるように設定される）。
既存のＭＥＭＳミラーを流用してＭＥＭＳチョッパ部材５１を構成した場合、光チョッパ５０のチョッピング周期を１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃ程度に設定することが可能である（光チョッパ５０のチョッピング周波数を１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度に設定することが可能である）。
従って、光チョッパ５０のチョッピング周期よりも短くならない範囲で「分光器２０の分光周期」を短くすることが可能であり、ＴＨＣ測定装置１００の高速応答性（リアルタイム性）の向上に寄与する。ここでいう高速応答性とは、ごく短時間における測定対象ガスの組成変動（本実施形態では、炭化水素濃度の変動）を精度良く検出可能であることを指す。
【００８１】
図２に示す如く、本実施形態では、ＭＥＭＳチョッパ部材５１の開口部５１ｃは焦点Ｂに対応する位置（焦点Ｂの近傍となる位置）に配置される。
このように構成することにより、赤外ランプ１０により発生した光が細く収束された状態で開口部５１ｃを通過することとなり、回動部５１ｂが基準姿勢から大きく回動しなくても「通過状態」と「遮断状態」との切り替えを行うことが可能であり、光チョッパ５０のチョッピング周期をより短くすることが可能である。
このチョッピングにより受光強度は強くなり（周波数領域にもよるが、受光素子は高周波数になるほど感度が大きい）、ひいてはＳ／Ｎ比を大きくすることが可能である。また、ロックインアンプを組み合わせることによりノイズ成分の除去を効果的に行うことが可能であり、Ｓ／Ｎ比をさらに大きくすることが可能である。
【００８２】
本実施形態では回動部５１ｂが基準姿勢となるときには回動部５１ｂにより開口部５１ｃが閉塞されるが、ここでいう「閉塞される」とは、開口部５１ｃが回動部５１ｂにより完全に密閉される（開口部５１ｃの端面と回動部５１ｂとの間に隙間が無い）ことを指すのではなく、光が開口部５１ｃを通過出来ない程度に覆われることを指す。
【００８３】
スリット部材５６は本発明に係るスリット部材の実施の一形態であり、赤外ランプ１０により発生した光を絞る（外乱光を光路Ａから排除することによりＴＨＣ測定装置１００の波長分解能を向上させる）ものである。
スリット部材５６は一対の板面を有する板状の部材であり、スリット部材５６にはスリット部材５６の一対の板面を貫通する溝であるスリット５６ａが形成される。
【００８４】
スリット部材５６はＭＥＭＳチョッパ部材５１に隣接する位置に配置される。本実施形態では、スリット部材５６はＭＥＭＳチョッパ部材５１の後側の板面（ＭＥＭＳチョッパ部材５１の基部５１ａの一対の板面のうち、光路Ａの下流側となる板面）に貼り合わされる形で固定される。
従って、ＭＥＭＳチョッパ部材５１は光の光路Ａにおいてスリット部材５６よりも上流側に配置される（スリット部材５６は光の光路ＡにおいてＭＥＭＳチョッパ部材５１よりも下流側に配置される）こととなる。
このように構成することは、以下の利点を有する。すなわち、仮にＭＥＭＳチョッパ部材を光の光路においてスリット部材よりも下流側に配置した場合には、ＭＥＭＳチョッパ部材の回動部により遮断（反射）された光の一部がスリット部材により更に反射されて外乱光となり、ＭＥＭＳチョッパ部材の基部の開口部を通過して分光器、ひいては受光器に到達し、受光器による光の強度の検出精度を低下させる場合がある。
そのため、ＭＥＭＳチョッパ部材を光の光路においてスリット部材よりも下流側に配置する場合には、このような外乱光の影響を排除するためにスリット部材の形状、表面の色、配置等を別途工夫する必要があるが、本実施形態の如くスリット部材５６を光の光路ＡにおいてＭＥＭＳチョッパ部材５１よりも下流側に配置した場合には回動部５１ｂにより遮断（反射）された光がスリット部材５６により再度反射されることが無いので、容易に外乱光の影響を排除することが可能であり、ひいてはＴＨＣ測定装置１００の波長分解能を向上させることが可能である。
【００８５】
ＭＥＭＳチョッパ部材５１に固定されたスリット部材５６のスリット５６ａは、焦点Ｂに対応する位置（焦点Ｂの近傍となる位置）に配置される。
このように構成することにより、赤外ランプ１０により発生した光が細く収束された状態でスリット５６ａを通過することとなり、スリット５６ａを通過する光の光量を確保しつつスリット５６ａを極力細くして外乱光の影響を排除することが可能であり、ＴＨＣ測定装置１００のＳ／Ｎ比の向上と波長分解能の向上とを両立することが可能である。
【００８６】
既存のＭＥＭＳミラーを流用してＭＥＭＳチョッパ部材５１を構成した場合、ＭＥＭＳチョッパ部材５１を例えば縦２０ｍｍ×横３０ｍｍ×厚さ５ｍｍ程度の大きさに抑えることが可能である。また、スリット部材５６の厚さも数ｍｍ程度に抑えることが可能である。
従って、ＭＥＭＳチョッパ部材５１およびスリット部材５６を合わせたサイズ、すなわち光チョッパ５０を全体としてコンパクトにすることが可能であり、光チョッパ５０を小型化することが可能である。
また、光チョッパ５０を小型化することにより、ＴＨＣ測定装置１００の光学系全体を小型化することが可能である。ＴＨＣ測定装置１００を小型化することは、ＴＨＣ測定装置１００を自動車に取り付けて走行中の自動車の排気ガスの分析を行う場合に特に有効である。
【００８７】
以下では、スリット５６ａの開口幅の設定方法について説明する。
グレーティング２１に入射する光の波長をλ、グレーティング２１に入射する光の入射角度をα、グレーティング２１に形成される溝の間隔をｔとすると、グレーティング２１における分散ｄλは以下の数１で表される。
【００８８】
【数１】
2010197310.tif 000003
【００８９】
赤外ランプ１０の幅（光源の幅）の１／２をｈ、コリメートレンズ６２の焦点距離をｆとすると、コリメートレンズ６２の出射光の平行光からのズレξは以下の数２で表される。
【００９０】
【数２】
2010197310.tif 000004
【００９１】
数２に示す如く、ズレξは赤外ランプ１０の幅に比例して大きくなる。
数２に示すズレξはグレーティング２１に入射する光の入射角度αのズレ、すなわちｄαに等しい（ξ＝ｄα）ので、数１および数２より赤外ランプ１０の幅（の１／２）と波長の分散ｄλとの間には以下の数３が成立する。
【００９２】
【数３】
2010197310.tif 000005
【００９３】
数３より、グレーティング２１における波長の分散ｄλを抑えるためには赤外ランプ１０の幅（光源の幅）を極力小さくする必要がある。ＴＨＣ測定装置１００に要求される波長分解能はグレーティング２１における波長の分散ｄλに等しい。
実際の赤外ランプ１０の幅（光源の幅）およびＭＥＭＳチョッパ部材５１の基部５１ａの開口部５１ｃの幅がいずれも「ＴＨＣ測定装置１００に要求される波長分解能を数３の右辺に代入することにより算出される光源の幅」よりも大きい場合には、スリット部材５６を設けることによる波長分解能を向上の効果が得られる。
【００９４】
以下では、ＴＨＣ測定装置１００の制御系について説明する。
図１に示す如く、ＴＨＣ測定装置１００の制御系は、チョッパ・分光器制御装置７０、ロックインアンプ８０およびデータ処理装置９０により構成される。
【００９５】
チョッパ・分光器制御装置７０は光チョッパ５０および分光器２０のＭＥＭＳミラー２６の動作を制御する装置である。
チョッパ・分光器制御装置７０は光チョッパ５０、より厳密にはＭＥＭＳチョッパ部材５１に接続され、ＭＥＭＳチョッパ部材５１の回動部５１ｂに形成された配線に所定の周期（チョッピング周期に対応する周期）の電圧を印加することが可能である。
チョッパ・分光器制御装置７０はＭＥＭＳミラー２６に接続され、ＭＥＭＳミラー２６の回動部２６ｂに形成された配線に所定の周期（分光周期に対応する周期）の電圧を印加することが可能である。
チョッパ・分光器制御装置７０はＭＥＭＳミラー駆動制御用の発振回路であり、周波数設定が可能なものであれば、汎用的なもので達成することが可能である。
【００９６】
ロックインアンプ８０はフォトダイオード３０により受光された光の強度に応じた電気信号（測定信号）からノイズ成分を除去するものである。
ロックインアンプ８０はフォトダイオード３０に接続され、フォトダイオード３０から測定信号を受信することが可能である。
ロックインアンプ８０はチョッパ・分光器制御装置７０に接続され、チョッパ・分光器制御装置７０がＭＥＭＳチョッパ部材５１の回動部５１ｂに形成された配線に印可する電圧のタイミングを示す信号（参照信号）、およびＭＥＭＳミラー２６の回動部２６ｂに形成された配線に印加される電圧のタイミングを示す信号（分光周期信号）をチョッパ・分光器制御装置７０から受信することが可能である。
ロックインアンプ８０は測定信号および参照信号に基づいてノイズ成分が除去された測定信号（補正測定信号）を生成する。
ロックインアンプ８０は既知のロックインアンプまたはこれと等価な機能を発現する回路等により達成される。
【００９７】
データ処理装置９０はフォトダイオード３０により受光された光の強度に基づいて、測定対象ガス１に含まれる炭化水素のうち、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、並びに、（ｃ）アルキンからなるグループ、に属する炭化水素の濃度和をグループ毎に算出する装置である。
データ処理装置９０は処理部９１、入力部９２および表示部９３を具備する。
【００９８】
処理部９１は種々のプログラム等を格納し、これらのプログラム等を展開し、これらのプログラム等に従って所定の演算を行い、当該演算結果等を記憶することができる。
【００９９】
処理部９１は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
本実施例の処理部９１は専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。
【０１００】
処理部９１はロックインアンプ８０に接続され、ロックインアンプ８０から補正測定信号および分光周期信号を取得（受信）することが可能である。
【０１０１】
処理部９１は処理部９１において行われる種々の演算等に用いられる情報、演算結果等を記憶することが可能である。
処理部９１は、基準となるガス（以下、基準ガス）のスペクトルを記憶している。
「基準ガス」は、測定対象ガスに含まれる炭化水素の三つの吸収波長帯の光を吸収しないことが予め分かっているガスである。基準ガスの具体例としては、窒素ガスが挙げられる。
「基準ガスのスペクトル」は基準ガスに光を照射したときの波長と光の強度との関係を示すものである。
本実施例では、基準ガスのスペクトルの波長帯は波数に換算して２０００ｃｍ−１以上４０００ｃｍ−１以下の範囲に設定される。これは、炭化水素の三つのグループの吸収波長帯を全て含む範囲に設定するためである。
【０１０２】
処理部９１は、ロックインアンプ８０から取得された補正測定信号および分光周期信号に基づいて、（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、並びに、（ｃ）アルキンからなるグループ、にそれぞれ対応する吸収波長帯の吸光度を算出する。
【０１０３】
処理部９１は、補正測定信号および分光周期信号を照合することにより、取得された補正測定信号が（ａ）アルカンおよびアルケンからなるグループ、（ｂ）芳香族炭化水素からなるグループ、並びに、（ｃ）アルキンからなるグループ、のうちのどのグループに対応する波長帯の光の強度を示すものかを特定する。
次に、処理部９１は、以下の数４に基づいて補正測定信号と基準ガスのスペクトルにおいて対応する波長帯の強度との差分を算出することにより、対応する波長帯の吸光度を算出する。
【０１０４】
【数４】
2010197310.tif 000006
【０１０５】
数４において、Ａｎは吸光度を指し、Ｉｎは測定対象ガスに光を照射したときの対象となる吸収波長帯を透過してくる光の強度を指し、（Ｉｎ）０は基準ガスに光を照射したときの対象となる吸収波長帯を透過してくる光の強度を指す。
【０１０６】
処理部９１は、数４に基づいて算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」に基づいて「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」を算出し、「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」に基づいて「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素の濃度の和」を算出し、「アルキンからなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」に基づいて「アルキンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」を算出する。
具体的には、処理部９１は、処理部９１に予め記憶された係数Ｋ１と「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」との積として、測定対象ガス１に含まれる「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」を算出する。
同様に、処理部９１は、処理部９１に予め記憶された係数Ｋ２と「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」との積として、測定対象ガス１に含まれる「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素の濃度の和」を算出する。
同様に、処理部９１は、処理部９１に予め記憶された係数Ｋ３と「アルキンからなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」との積として、測定対象ガス１に含まれる「アルキンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」を算出する。
【０１０７】
処理部９１は、上記算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素の濃度の和」、および「アルキンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」の和として、「測定対象ガス１の全炭化水素濃度」を算出する。
【０１０８】
処理部９１は、算出された「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」、「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素の濃度の和」、「アルキンからなるグループに属する炭化水素の濃度の和」、および「測定対象ガス１の全炭化水素濃度」を適宜記憶する。
【０１０９】
なお、上記係数Ｋ１、係数Ｋ２および係数Ｋ３は、ＦＩＤ−ＧＣ等により予め炭化水素の組成が分かっているガスをＴＨＣ測定装置１００により測定して得られた「アルカンおよびアルケンからなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」の算出結果、「芳香族炭化水素からなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」の算出結果、および「アルキンからなるグループに属する炭化水素の吸収波長帯における吸光度」の算出結果に基づいて実験的に定められる。
また、本実施例の場合、処理部９１により算出される各グループに属する炭化水素の濃度の和および全炭化水素濃度はメタン換算濃度値（ｐｐｍＣ）の形で算出されるが、本発明はこれに限定されず、体積比等の形で算出しても良い。
【０１１０】
入力部９２は処理部９１に接続され、ＴＨＣ測定装置１００による炭化水素濃度の測定に係る種々の情報・指示等を処理部９１に入力するものである。
本実施例の処理部９１は専用品であるが、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【０１１１】
表示部９３は入力部９２から処理部９１への入力内容や処理部９１による算出結果（炭化水素濃度の測定結果）等を表示するものである。
本実施例の表示部９３は専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いても同様の効果を達成することが可能である。
【０１１２】
以上の如く、ＴＨＣ測定装置１００は、
光を発生させる赤外ランプ１０と、
赤外ランプ１０により発生した光を周期的に波長変動させる分光器２０と、
分光器２０により波長変動された光の強度を検出するフォトダイオード３０と、
赤外ランプ１０、分光器２０およびフォトダイオード３０により形成される光路Ａにおいて分光器２０およびフォトダイオード３０により挟まれる位置に配置され、測定対象ガス１を収容可能かつ赤外ランプ１０により発生した光を透過可能なガス容器４０と、
光路Ａの中途部に配置される光チョッパ５０と、
を具備し、
光チョッパ５０は、
赤外ランプ１０により発生した光が通過可能な開口部５１ｃが形成された基部５１ａ、および電圧の印加状態に対応して基部５１ａに対して回動することにより「開口部５１ｃを開口して赤外ランプ１０により発生した光が通過する通過状態」または「開口部５１ｃを閉塞して赤外ランプ１０により発生した光を遮断する遮断状態」のいずれかの状態に切り替える回動部５１ｂを具備するＭＥＭＳチョッパ部材５１と、
ＭＥＭＳチョッパ部材５１に隣接する位置に配置され、赤外ランプ１０により発生した光を絞るためのスリット５６ａが形成されたスリット部材５６と、
を具備する。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、光チョッパ５０によりフォトダイオード３０が検出する光のＳ／Ｎ比を大きくすることが可能であるため、ＴＨＣ測定装置１００の測定精度（分析精度）を高くすることが可能である。
また、光チョッパ５０はＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため光チョッパ５０のサイズを小さくすることが可能であり、ひいてはＴＨＣ測定装置１００の小型化に寄与する。
さらに、光チョッパ５０はＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、既存の技術を用いた場合でも光チョッパ５０のチョッピング周期を１０μｓｅｃ〜１００μｓｅｃ程度の（非常に短い）周期に設定することが可能である（光チョッパ５０のチョッピング周波数を１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度に設定することが可能である）ため、ＴＨＣ測定装置１００による測定の高速応答性（リアルタイム性）の向上に寄与する。
【０１１３】
また、光チョッパ５０のＭＥＭＳチョッパ部材５１は、
光の光路Ａにおいてスリット部材５６よりも上流側に配置される。
このように構成することにより、回動部５１ｂにより遮断（反射）された光がスリット部材５６により再度反射されて光路Ａに復帰することが無いので、容易に外乱光の影響を排除することが可能であり、ひいてはＴＨＣ測定装置１００の測定精度（波長分解能）を向上させることが可能である。
【０１１４】
また、ＴＨＣ測定装置１００の分光器２０は、
赤外ランプ１０により発生した光を波長毎に異なる反射角度で反射するグレーティング２１と、
グレーティング２１により反射された光を所定の方向（本実施形態では、第二集光レンズ６３に入射する方向）に反射するＭＥＭＳミラー２６と、
を具備する。
このように構成することにより、分光器２０を小型化することが可能である。
また、分光器２０の分光周期を容易に短くすることが可能であり、ＴＨＣ測定装置１００による測定の高速応答性（リアルタイム性）の向上に寄与する。
【０１１５】
また、光チョッパ５０のＭＥＭＳチョッパ部材５１のチョッピング周期は、分光器２０の分光周期よりも短い。
このように構成することにより、複数の周波数帯のそれぞれについて光チョッパ５０により光が遮断された状態と光チョッパ５０により光が遮断されない状態との間の光強度の差分を取得することが可能である。
【０１１６】
また、光路Ａにおいて赤外ランプ１０および分光器２０により挟まれる位置には、赤外ランプ１０により発生する光を集光する第一集光レンズ６１、並びに、第一集光レンズ６１により集光された光を平行光とするコリメートレンズ６２が配置される。
このように構成することにより、赤外ランプ１０にある程度大きい場合（点光源として扱うことが困難な場合）でも、光量を確保しつつ外乱光がフォトダイオード３０に受光されることを防止することが可能であり、ひいてはＴＨＣ測定装置１００の測定精度の向上に寄与する。
【０１１７】
また、ＭＥＭＳチョッパ部材５１の開口部５１ｃおよびスリット部材５６のスリット５６ａは、
光路Ａにおいて第一集光レンズ６１およびコリメートレンズ６２により挟まれる位置に形成される光の焦点Ｂに対応する位置に配置される。
このように構成することにより、光量を確保しつつ外乱光がフォトダイオード３０に受光されることを防止することが可能であり、ひいてはＴＨＣ測定装置１００の測定精度の向上に寄与する。
【０１１８】
図１および図２に示すＴＨＣ測定装置１００ではＭＥＭＳチョッパ部材５１の開口部５１ｃおよびスリット部材５６のスリット５６ａが光路Ａにおいて第一集光レンズ６１およびコリメートレンズ６２により挟まれる位置に形成される光の焦点Ｂに対応する位置に配置されるが、本発明はこれに限定されない。
ＭＥＭＳチョッパ部材５１の開口部５１ｃおよびスリット部材５６のスリット５６ａを配置する位置の別実施形態としては、例えば図３に示す如く光路Ａにおいてコリメートレンズ６２および分光器２０により挟まれる位置に配置する場合、あるいは、図４に示す如く光路Ａにおいて分光器２０およびフォトダイオード３０により挟まれる位置（より厳密には、光路Ａにおいて分光器２０および第二集光レンズ６３により挟まれる位置）が挙げられる。
図３および図４に示す実施形態は、光路Ａにおいて光が平行光となっている部分にＭＥＭＳチョッパ部材５１の開口部５１ｃおよびスリット部材５６のスリット５６ａが配置される点において共通する。
図３および図４に示す実施形態は、ＭＥＭＳチョッパ部材５１の回動部５１ｂの回動角度を調整することによりフォトダイオード３０により受光される光量を調整することが可能であり、ひいては波長分解能を調整することが可能である。
なお、ＴＨＣ測定装置１００の構成では開口部５１ｃを通過してフォトダイオード３０により受光される光の光量と波長分解能との間にはトレードオフの関係が成立することから、測定対象ガス１の性状等に応じて最適な光量と波長分解能との組み合わせを容易に設定することが可能である。
【０１１９】
また、ＴＨＣ測定装置１００は、
フォトダイオード３０により受光された光の強度に基づいて測定対象ガス１に含まれる炭化水素の濃度を算出するデータ処理装置９０を具備する。
このように構成することにより、フォトダイオード３０に受光される光の強度の検出結果の取得と並行して測定対象ガス１に含まれる炭化水素の濃度を算出することが可能であり、ＴＨＣ測定装置１００の測定の高速化に寄与する。
【０１２０】
以下では、図５を用いて本発明に係る光学式分析装置の第二実施形態であるＴＨＣ測定装置２００について説明する。なお、ＴＨＣ測定装置２００を構成する部材のうち、図１に示すＴＨＣ測定装置１００と同様の機能を果たす部材については図１と同じ部材番号を付すとともに詳細な説明を省略する。
【０１２１】
ＴＨＣ測定装置２００は、フレーム２１０、赤外ランプ１０、受光器側光学系ユニット２２０、ガス容器４０、チョッパ・分光器制御装置７０、ロックインアンプ８０およびデータ処理装置９０を具備する。
【０１２２】
フレーム２１０はＴＨＣ測定装置２００の他の部材、特に光学系を構成する部材の相対的な位置を保持するための構造体である。
フレーム２１０はベース部材２１１、ランプ支持部材２１２、容器支持部材２１３およびユニット支持部材２１４を具備する。
【０１２３】
ベース部材２１１はフレーム２１０の主たる構造体を成す部材である。フレーム２１０を構成する他の部材はベース部材２１１に固定される。
【０１２４】
ランプ支持部材２１２は赤外ランプ１０をベース部材２１１に固定する部材である。ランプ支持部材２１２の下端部はベース部材２１１に固定され、ランプ支持部材２１２の上端部は赤外ランプ１０に固定される。
【０１２５】
容器支持部材２１３はガス容器４０をベース部材２１１に固定する部材である。容器支持部材２１３の下端部はベース部材２１１に固定され、容器支持部材２１３の上端部はガス容器４０に固定される。
【０１２６】
ユニット支持部材２１４は受光器側光学系ユニット２２０をベース部材２１１に固定する部材である。ユニット支持部材２１４の下端部はベース部材２１１に固定され、ユニット支持部材２１４の上端部は受光器側光学系ユニット２２０に固定される。
【０１２７】
受光器側光学系ユニット２２０はＴＨＣ測定装置２００の光学系のうち、ガス容器４０よりもフォトダイオード３０寄りに配置される部材をまとめたものである。
受光器側光学系ユニット２２０はケース２２１、第一集光レンズ６１、光チョッパ５０、コリメートレンズ６２、分光器２０、第二集光レンズ６３およびフォトダイオード３０を具備する。
【０１２８】
ケース２２１は箱状の部材であり、受光器側光学系ユニット２２０を構成する他の部材（第一集光レンズ６１、光チョッパ５０、コリメートレンズ６２、分光器２０、第二集光レンズ６３およびフォトダイオード３０）を収容するとともに当該他の部材の相対的な位置関係を保持する。
ケース２２１はユニット支持部材２１４を介してベース部材２１１に固定される。
【０１２９】
図５に示すＴＨＣ測定装置２００は、赤外ランプ１０、分光器２０およびフォトダイオード３０により形成される光路Ａにおいて赤外ランプ１０および分光器２０により挟まれる位置にガス容器４０を配置する点において図１に示すＴＨＣ測定装置１００と異なる。
このように構成することは、以下の利点を有する。
すなわち、ＴＨＣ測定装置２００では、ガス容器４０の内部を通過した後の光に対して光チョッパ５０によるチョッピングおよび分光器２０による分光が行われるため、データ処理装置９０がロックインアンプ８０から取得する補正測定信号はガス容器４０を含めた測定対象物に係る外乱要素（ノイズ）をも排除したものとなり、外乱要素の排除の観点から見て図１に示すＴＨＣ測定装置１００よりも好ましい。
【符号の説明】
【０１３０】
１        測定対象ガス
１０      赤外ランプ（光源）
２０      分光器
３０      フォトダイオード（受光器）
４０      ガス容器
５０      光チョッパ
５１      ＭＥＭＳチョッパ部材
５１ａ    基部
５１ｂ    回動部
５１ｃ    開口部
５６      スリット部材
５６ａ    スリット
１００    ＴＨＣ測定装置（光学式分析装置）
【図１】
2010197310.tif 000007
【図２】
2010197310.tif 000008
【図３】
2010197310.tif 000009
【図４】
2010197310.tif 000010
【図５】
2010197310.tif 000011