(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル内に流入するガス成分を評価するためのガスセンサであって、ガス成分評価用の光を発する光源と、セル内を反射しながら伝達してきた光を受光する光検出器を有するガスセンサにおいて、
前記セルが、平行平板のセル本体と、該セル本体の上に取り付けられた平行平板の蓋体からなり、
セル本体は、一定の深さの扁平楕円柱状のセル空間を備え、
蓋体又はセル本体には被測定ガスの流入と流出を施すための開口が形成されており、
扁平楕円柱状のセル空間の一方の焦点線上に光源が設けられ、
扁平楕円柱状のセル空間のもう一方の焦点線上に光検出器が設けられ、
セル空間を包囲する全面は光反射面に形成されており、かつ、
扁平楕円柱状のセル空間の底面を規定するセル本体に第１の開口部が形成され、この第１の開口部の下方側に光源が配置され、光源から発せられた光はこの第１の開口部を通じてセル空間の放射されることを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
光源と光検出器の間に、被測定ガスの種類に応じた波長選択性を有する光学フィルタが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
光検出器の直前に、光学フィルタが配置されていることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
第１の開口部の口径を光源からの見込み角に応じて設定し、第１の開口部からの光の放射角を焦点線に対して一定角度以上とならないようにしたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項５】
第１の開口部の近傍に円錐形レンズを配置し、第１の開口部からの光の放射角を焦点線に対して一定角度以上とならないようにしたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項６】
第１の開口部に対向する蓋体下面に凸面鏡を配置し、反射した光の放射角が所定角度となるようにしたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項７】
第１の開口部に対向する蓋体下面に第３の開口部が形成され、この第３の開口部の上方側に光源輝度の経時変化を参照するための別の光検出器を配置したことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項８】
扁平楕円柱状のセル空間の底面を規定するセル本体に第２の開口部が形成され、この第２の開口部の下方側に光検出器が配置され、光源から発せられた光はこの第２の開口部を通じて光検出器で受光されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項９】
第２の開口部から光検出器までの距離を調整することにより、光検出器に対する光入射角が一定の角度以下となるに制御したことを特徴とする請求項８に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
第２の開口部に対向する蓋体下面に凹面鏡を配置し、光検出器への入射光量を増加させることを特徴とする請求項８に記載のガスセンサ。
【請求項１１】
セル本体が、扁平楕円柱状の貫通部を有する第１のセル本体部分と、平行平板からなる第２のセル本体部分を貼り合わせて形成されていることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項１２】
蓋体には被測定ガスの流入と流出を促すための開口が一つ以上形成され、そのうちの一つ以上を、蓋体において扁平楕円柱状のセル空間の二つの焦点線をつなぐ線上に配置することを特徴とする請求項１から１１までのいず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、被測定ガスの種類や濃度を評価するためのガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、試料となるガスの種類の特定や濃度の測定に用いるガスセンサとして、光源からの光をガスに照射し、透過した光を直線的に光検出器に導き、ガスでの光の吸収による光の減衰を光検出器により検出する構成のものが知られている。この種のガスセンサとして、たとえば、光源と光検出器とを対向させて配置し、光源と光検出器とを結ぶ一直線上にガスを封入したサンプルセルを設ける構成のものがある。このような構成によれば、被測定ガスの濃度が希薄な場合、サンプルセル中での光が通る光路の長さを長くする必要がある。そして、より長い光路とする工夫として、サンプルセル中で鏡を用いて光を往復させる提案がなされている（たとえば、特開平１０−２８５７号公報（図６）参照）。【０００３】
このように、希薄なガスの濃度を測定するには光源から光検出器までの光路長を大きくする必要があるが、上述のように対向させて配置した光源と光検出器との間にサンプルセルを配置した構成により光路長を長くすると、光源からの光が発散光であると距離と共に急激に光量が減るので、光を遠くまで届かせるには、光源からの光を平行光線に近づける必要がある。光源からの光を平行光線に近づける場合、サンプルセルの大型化と共に光源部での放物面鏡の設置による装置構成の複雑化・コスト高が問題となる。【０００４】
そこで、焦点位置が同じであるが異なる焦点距離（異なる曲率半径）を有する互いに対向する一定厚みの２つの凹面鏡を用いたサンプルセルを用いたガスセンサが提案されている（特表２００７−５１４１６０号公報（図８、図１３）参照）。このガスセンサでは、一方の凹面鏡の適所に設けられた光源から２つの凹面鏡の軸に平行な光が入射され、この入射光をもう一方の凹面鏡の表面で反射させてから２つの凹面鏡の焦点位置もしくはその近傍を通過させ、その通過光を前記一方の凹面鏡の表面で反射させて２つの凹面鏡の軸に平行に進ませて、前記もう一方の凹面鏡に設けられた光検出器により受光させるようにしている。【０００５】
また、上記特表２００７−５１４１６０号公報には、一定厚みの２つの凹面鏡を放物面鏡とし、一方の凹面鏡に設けた光源からの光を２つの共通した焦点位置に向けて入射させ、もう一方の凹面鏡で反射させて、さらに前記焦点位置を通過させ、この反射を数回繰り返して、もう一方の凹面鏡に設けられた光検出器により受光させる構成も開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特表２００７−５１４１６０号公報に示すように一定厚みの２つの凹面鏡を対向させて構成したサンプルセルを有するガスセンサでは、一方の凹面鏡に光源を配置するとともに、他方の凹面鏡に光検出器を配置するため、光路長を長くするとサンプルセルが立体的に嵩張り、セル内を満たすのに必要なガス量も多くなるという難点があった。
また、上記ガスセンサでは、異なる焦点距離（異なる曲率半径）を有する互いに対向する一定厚みの２つの凹面鏡を用いているため、サンプルセルの製造の簡便性にも難点があった。
さらに、上記ガスセンサでは、平行光を発する光源を用いる必要があり、光源の選択性に制限があった。【０００７】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消し、光路長を長くしてもセルが立体的に嵩張ることなく、セル内に満たすのに必要なガス量も少なくてすみ、小型かつ高感度で、セルの製造が簡便で、光源の発する光として平行光と発散光の両方に対応でき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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、セル内に流入するガス成分を評価するためのガスセンサであって、ガス成分評価用の光を発する光源と、セル内を反射しながら伝達してきた光を受光する光検出器を有するガスセンサにおいて、前記セルが、平行平板のセル本体と、該セル本体の上に取り付けられた平行平板の蓋体からなり、セル本体は、一定の深さの扁平楕円柱状のセル空間を備え、蓋体又はセル本体には被測定ガスの流入と流出を施すための開口が形成されており、扁平楕円柱状のセル空間の一方の焦点線上に光源が設けられ、扁平楕円柱状のセル空間のもう一方の焦点線上に光検出器が設けられ、セル空間を包囲する全面は光反射面に形成されており、かつ、扁平楕円柱状のセル空間の底面を規定するセル本体に第１の開口部が形成され、この第１の開口部の下方側に光源が配置され、光源から発せられた光はこの第１の開口部を通じてセル空間の放射されることを特徴とする。
【０００９】
また、光源と光検出器の間に、被測定ガスの種類に応じた波長選択性を有する光学フィルタが配置されていることが好ましい。この場合、光検出器の直前に、光学フィルタを配置させることがより好ましい。【００１０】
また、第１の開口部の口径を光源からの見込み角に応じて設定し、第１の開口部からの光の放射角を焦点線に対して一定角度以上とならないようにすること、第１の開口部の近傍に円錐形レンズを配置し、第１の開口部からの光の放射角を焦点線に対して一定角度以上とならないようにすること、第１の開口部に対向する蓋体下面に凸面鏡を配置し、反射した光の放射角が所定角度となるようすることが好ましい。
【００１１】
また、第１の開口部に対向する蓋体下面に第３の開口部が形成され、この第３の開口部の上方側に光源輝度の経時変化を参照するための別の光検出器を配置するようにしてもよい。
【００１２】
また、扁平楕円柱状のセル空間の底面を規定するセル本体に第２の開口部が形成され、この第２の開口部の下方側に光検出器が配置され、光源から発せられた光はこの第２の開口部を通じて光検出器で受光されることが好ましい。
【００１３】
また、第２の開口部から光検出器までの距離を調整することにより、光検出器に対する光入射角が一定の角度以下となるに制御することが好ましい。
【００１４】
また、第２の開口部に対向する蓋体下面に凹面鏡を配置し、光検出器への入射光量を増加させることも好ましい。
【００１５】
また、セル本体が、扁平楕円柱状の貫通部を有する第１のセル本体部分と、平行平板からなる第２のセル本体部分を貼り合わせて形成してもよい。
【００１６】
さらに、蓋体には被測定ガスの流入と流出を促すための開口が一つ以上形成され、そのうちの一つ以上を、蓋体において扁平楕円柱状のセル空間の二つの焦点線をつなぐ線上に配置するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特許文献２のように一定厚みの２つの凹面鏡を対向させて構成したサンプルセルを有するガスセンサに比し、光路長を長くしてもセルが立体的に嵩張ることなく、セル内に満たすのに必要なガス量も少なくてすみ、小型かつ高感度なガスセンサが提供できる。【００１９】
また、本発明のセル空間を包囲する内壁は扁平楕円柱状であり、一方の焦点線上に光源を設け、もう一方の焦点線上に光検出器を設けるため、セルの設計が容易であるという利点がある。【００２０】
さらに、本発明によれば、平行光のみならず発散光もその放射角を制限しつつ利用できるため、光源の選択性に多様性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１を示す分解斜視図である。
【図２】同上を用いたガス検出信号の処理回路系のブロック図である。
【図３】実施形態１の構成例により取得した信号の例を示す図であり、（ａ）はＮ２ガスでの信号の例であり、（ｂ）はＣＯ２ガス（９０００ｐｐｍ）での信号例である。
【図４】実施形態２を示す部分概略図である。
【図５】実施形態３を示す部分概略図である。
【図６】実施形態４を示す部分概略図である。
【図７】実施形態５を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係るガスセンサについて詳述する。
本明細書において、「楕円柱」とは、周囲が楕円により規定される楕円形状面を垂直に移動させて得られる、断面が楕円である柱状体を意味する。また、「焦点線」とは、周囲が楕円により規定される楕円形状面を垂直に移動させたときの２つの焦点の軌跡に相当する線及びその延長線を意味する。
【００２３】
（実施形態１）
図１（ａ）は、本発明の一実施形態のガスセンサを構成するセルを模式的に示す斜視図、図１（ｂ）は、光導入部及び光源を模式的に示す拡大断面図、図１（ｃ）は、光導出部及び光検知部を模式的に示す拡大断面図である。
【００２４】
本実施形態のガスセンサを構成するセル１０は、平行平板のセル本体１１と、該セル本体１１の上に取り付けられる平行平板の蓋体１２からなる。セル本体１１には深さ（高さ）が一定で扁平楕円柱状のセル空間１３が形成されている。セル空間１３の底面部に面するセル本体１１の部分は楕円形状であり、長軸方向に２つの焦点を有している。この楕円形状においては、２つの焦点と楕円の周の任意の一点を結ぶ２本の直線の和は常に等しく、2本の直線と円周の成す角は互いに等しくなっている。すなわち、もし楕円の周の内側が反射性であるとすると、一方の焦点から発せられた光は楕円の周で反射した後、もう一方の焦点に達する関係となっている。この関係は、扁平楕円柱状のセル空間１３の底面に平行な任意の断面における楕円形状において成り立っている。さらに、楕円面を外れて進む光でも成り立ち、楕円面に投影した光の軌跡は、焦点から発して楕円円周に至り、もう一方の焦点に向かう。セル空間１３の底面と蓋体１２で複数回反射してもこの関係は成り立っている。
【００２５】
セル本体１１に蓋体１２を取り付けた状態において、セル空間１３は、後述のガス用開口１６Ａ、１６Ｂを除いて密閉空間となっている。そしてセル空間１３を包囲する全面、すなわち、楕円の帯状の壁面、蓋体１２の下面及びセル本体１１の面は、ガス成分評価に有用な波長光に対して高い反射率を有する反射面で形成されている。この反射面を構成する材料は、被測定ガスの種類に応じて反射率が９０％以上になるように選択するのが好ましい。このように高い反射率の反射面は伝達される光の光量の減衰を効果的に防止するとともに外光の侵入を阻止する。セル本体１１と蓋体１２を構成する材料は、合成樹脂であってもよいし、ステンレス鋼（ＳＵＳ等）やアルミニウム等の金属合金であってもよい。さらに、セル本体１１と蓋体１２は、アルミニウムのような金属板をプレス加工や切削加工で形成してもよい。合成樹脂やステンレス鋼を用いた場合には、金、銀、アルミニウム等の反射率の高い材料の薄膜を全面にわたって形成する。その形成方法としては、電気メッキ、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の公知の方法を用いることができる。この場合、付着強度を高めるために、ニッケルやクロム等の下地層を設けてもよい。また、セル本体１１、蓋体１２にアルミニウム等の反射率の高い材料を用いた場合には、必ずしも前記の薄膜の形成は必要ではなく、内面を研磨するようにしてもよい。
【００２６】
セル本体１１のセル空間１３に対応する扁平楕円柱状凹部の底面において、一方の焦点線Ｌ１に沿って所定深さの円柱状の光導入口１４が形成され、もう一方の焦点線Ｌ２に沿って所定深さの円柱状の光導出口１５が形成されている。
【００２７】
また、蓋体１２には焦点線Ｌ１と焦点線Ｌ２をつなぐ線上に、セル空間１３にガスの流入と流出を促すための２つのガス用開口１６Ａ、１６Ｂが形成されている。もちろん開口１６Ａ、１６Ｂの個数は２個に限らず、１個でも、３個以上でもよく、それらの形状は円柱状以外の形状であってもよい。また、これら開口はセル本体１側に設けてもよい。開口の総面積は、集光効率の観点から、セル空間１３を包囲する反射面の全面積の５％以下であることが好ましい。さらに、開口１６Ａ、１６Ｂの上側には、被測定ガスは通過させ、塵埃等の異物や汚染物質、外光の侵入を防止するために適切な材料からなるフィルタを設けるようにしてもよい。
【００２８】
光導入口１４の底部側には白熱電球からなる光源１７が配置され、光導出口１５の底部側にはセル内を反射しながら伝達してきた光を受光する光検出器１８が配置される。光源１７はフィラメントが一方の焦点線Ｌ１を中心とするように配置される。もちろん、光源１７としては、発散光を発する白熱電球以外の平行光を発する各種の光源を用いることができる。この場合、光源から発する光の波長が被測定ガスの評価に適するものであることはいうまでもない。また、光検出器１８としてはフォトダイオード、サーモパイル、赤外線センサ等、光源１７の発する光を感度良く受光する各種受光素子を用いることができる。
【００２９】
光検出器１８の直前には、被測定ガスの種類に応じた波長選択性を有する光学フィルタ（図示せず）を設けることが好ましい。光学フィルタとしては、たとえば、ガラスやシリコンの表面に被測定ガスの種類に応じた波長選択性を有する誘電体膜を蒸着等の方法で成膜したものを用いることできる。この場合、光学フィルタの焦点線Ｌ２方向からの光に対する波長選択性と同等の波長選択性を得るために、光導出口１５への入射角が焦点線Ｌ２に対して３０度以内であることが好ましい。また、場合によっては上記光学フィルタは光導入口１４と光導出口１５の途中の適所に設けることができる。
【００３０】
以上の構成により、開口１６Ａ、１６Ｂから被測定ガスを扁平楕円柱状のセル空間１３に導入し、導入した被測定ガスに対して光導入口１４に配置した光源１７から光を照射する。照射された光は、蓋体１２の下面に形成された反射面とセル本体１１の扁平楕円柱状凹部の表面に形成された反射面との間を何度も反射した後、セル本体１１の扁平楕円柱状凹部の側面に形成された反射面で正反射し、さらにセル空間１３の平行平板間での反射を繰り返した後、光導出口１５近傍の焦点線Ｌ２上で結像し、光導出口１５を介して光検出器１８へ光が導かれる。
【００３１】
このとき、光導入口１４から照射された光が蓋体１２の下面に形成された反射面とセル本体１１の扁平楕円柱状凹部の表面に形成された反射面との間を正反射しても、一方の焦点線Ｌ１からもう一方の焦点線Ｌ２に向って集光する性質に寄与するベクトル成分には変化がないため、一方の焦点線Ｌ１上に配置された光源１７から放射された光を、最終的にもう一方の焦点線Ｌ２上に配置された光検出器１８へと効率よく伝達させることができ、光路長を長くしても立体的に嵩張らず、小型化かつ高感度のガスセンサが実現できる。
【００３２】
次に、本実施形態において、より光路長を長くするための工夫について述べる。そのためには、焦点線Ｌ１に対する光導入口１４からの光の放射角を小さくすればよい。放射角をθとすれば、放射角９０度の蓋体に平行で最短な場合に比して、およそｓｉｎθ分の１だけ、光路長を長くすることが可能となる。たとえば、３倍の距離延長をする場合、θを１９．４７度にすればよい。このように光導入口１４からの光の放射角を小さく制限するためには、光導入口１４における光源１７の配置及び構成を工夫することが望ましい。
【００３３】
そのうちの一つとして、光導入口１４の内面に光を反射しない無反射領域を形成する手法がある。無反射領域は、光源１７の前面から所定の距離範囲とし、光沢のない黒色に着色するか粗面として形成する。たとえば、光導入口１４の直径を２ｍｍとすれば、無反射領域は光源１７の前面から約６ｍｍの範囲に形成する。無反射領域を形成することによって、光導入口１４からの光の放射角は約２０度の範囲内になる。
【００３４】
上述の場合、光の放射角は０度から２０度ぐらいまで広く分布する。本目的には２０度近傍の光のみ必要なため光導入口１４に対向する蓋体１２の下面に凸面鏡１９を形成させ、反射光の放射角を目標角（本例では２０度）に近づけるようにする。この凸面鏡１９の形状は、富士山型で表現される裾野から徐々に勾配を増す形状が望ましいが、たとえば、蓋体１２下面とセル本体１１の扁平楕円柱状凹部の底面との間隔が５ｍｍの場合、直径２ｍｍ、円錐頂角１６７．５度の凸の円錐面鏡を用いれば、反射光の放射角を目標角２０度の近傍１２．５〜２５．０度に治めることができる。
【００３５】
また、より高感度化のため、光導入口１４の開口径に比して光導出口１５の口径を倍以上にすることにより、導入された光のうち光導出口１５側の焦点線Ｌ２近傍に集まった光のほぼ全量を光導出口１５に導くことが可能となる。さらに、光検出器１８の直前に設ける光学フィルタの波長選択性には光の入射角度に対する角度依存性があり、入射角をおよそ３０度以内にしなければならないが、本方式の配置では、入射角度の分布は、光導入部での放射角度の分布と等しく、本例では２０度近傍にまとまっているので、特別の工夫無しにこの入射角の条件を満たす。
【００３６】
光検出器１８の受光面の大きさが光導出口１５の口径より小さい場合には、光導出口１５の口径を大きくしても受光面に至らない光を増やす逆効果となる。本方式では上記入射角の条件が比較的ゆるやかであるので、光導出口１５から受光面までをテーパー状に径を徐々にすぼめる形の反射面により構成する方法も可能である。
【００３７】
また、光検出器１８の受光面の大きさがたとえば２ｍｍφであり、光導出口１５の口径と同じ場合には、テーパー状にする方式とは異なり、光検出器１８が設置された光導出口１５に対向する蓋体１２の下面の焦点線Ｌ２位置に凹面鏡２０を形成する。このようにすると、光検出器１８の設置された焦点線Ｌ２上に集光してくる光の中で、蓋体１２上の焦点線Ｌ２近傍に集光し、凹面鏡２０がないときには反射後光導出口１５には入らなかった光を、光導出口１５内に向かわせ、光検出器１８が受光できる光量を増加させることができる。すなわち、光の放射角をθ、セル空間１３の上下平行平面間の間隔をｄとしたとき、光導出口１５の半径をｄｓｉｎθとする場合、焦点線Ｌ２に集光する光量のおよそ半分が光導出口１５を通過するが、凹面鏡２０の形成により、全量に近い光を通過させることが可能となる。
【００３８】
上述した手法によって、光検出器１８への光の入射角度は２５度の範囲内になり、入射角度が０度である場合と比較して波長選択性の変化がほとんど生じず、光学フィルタの波長選択性が光の入射角度に依存することによって生じる誤差を抑制することができる。
【００３９】
本実施形態のガスセンサによれば、上記の構成により、被測定ガスの種類を特定したり濃度を測定したりすることが可能になる。すなわち、ガスの種類によって吸収される光の波長や吸収率が異なるため、光源１７と光検出器１８との間で授受される光の波長を変化させることで、被測定ガスの種類がわかっている場合にはその被測定ガスに応じた波長の光を用い、被測定ガスの濃度に応じた減衰率を求めることで、被測定ガスの濃度を知ることができる。この場合、あらかじめ被測定ガスの濃度と光の減衰率の関係を求めておく必要がある。被測定ガスとしては、光吸収波長域が２〜５μｍの二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、プロパン、エチルアルコール等の各種ガスの測定が可能である。異なる種類の被測定ガスの測定については、光源１７の発する光の波長と光学フィルタの波長選択性を適切に設定することで対応することができる。
【００４０】
ここで、被測定ガスが二酸化炭素であり、その濃度をモニターする場合に用いるガスセンサの設計例を示す。二酸化炭素の場合、波長が４．２μｍ程度の赤外線の吸収が大きいため、その吸収量をモニターすればよい。光検出器１８に用いる光学フィルタとしては、波長が４．２μｍ付近の赤外線を透過させるものを用いる。また、セル空間１３を包囲する面に形成する反射面の材料としては、たとえばこの波長の赤外線に対して９８％の反射率を有している金を用い、セル空間１３を包囲する反射面は凹凸がμｍ以下の鏡面仕上げとする。扁平楕円柱状のセル空間１３の寸法例としては、焦点間間隔２５．０ｍｍ、長軸４０．０ｍｍ、短軸３１．２ｍｍ、柱長５．０ｍｍとし、光導入口径２．０ｍｍ、光導出口径２．０ｍｍ、ガス用開口径４．０ｍｍ２カ所とする。この場合、光源１７から光検出器１８に至る光路長平均は４０ｍｍの３倍およそ１２０ｍｍとなる。柱長を長くすれば光源１７から光検出器１８に至るまでの反射回数が減り光量が増える反面、セル空間１３全体が大きくなり、セル容積が増え、必要とするガス量、反射材の量も増える。なお、光源１７にレーザー光などの点光源が使用可能で光放射角が明確に定められる場合には、柱長を調整して、光検出器１８上に焦点を合わせることが可能となる。
【００４１】
上記の構成例の場合、セル内面の反射率を１００％とした時の集光効率を１とすれば、反射率が９８％では、０．７４、反射率が９５％では、０．５４の集光効率となる。試作したガスセンサでは、５０ｍｍ×４０ｍｍ×１７ｍｍの外観となり、直線状の管路を持つ場合と比較すると最大寸法を約３分の１にすることができた。なお、ガス用開口の数はここでは２個としたが、口径４．０ｍｍの場合、集光効率の観点から、２０個以下（セル空間１３内の反射面の全面積の５％以下）が好ましい。
【００４２】
ここで、本実施形態によるガスセンサの回路系について述べる。図２は、被測定ガスの濃度を測定する場合の回路系の概略を示すブロック図である。被測定ガスの濃度を測定する場合、光源１７をパルス駆動させるタイミング制御回路２１を設ける。光検出器１８から出力される電気信号を増幅回路２２により増幅して取り出し、取り出した信号を、タイミング制御回路２１からの同期を基に、積分回路２３により積分し、それを光検出値とする。
【００４３】
被測定ガスの濃度は、積分回路２３からの光検出値と被測定ガスの濃度とをあらかじめ対応付けた数値表あるいは関係式から算出する。この演算は、上述のタイミング制御や積分と共にマイクロコンピュータを用いて行うことができる。そして、求めた濃度の出力はディスプレイ表示や、アラームでの警告とすることができる。
【００４４】
上記の実施形態の構成例により取得した信号の例を図３に示す。図３（ａ）はＮ２ガスでの信号の例であり、図３（ｂ）はＣＯ２ガス（９０００ｐｐｍ）での信号例である。測定点は図２の増幅器２２の出力であり、オシロスコープ条件は横軸が２００ｍＳ／１目盛、縦軸が５００ｍＶ／１目盛である。
【００４５】
（実施形態２）
本実施形態は、光導入の方法が異なる点を除いて実施形態１とほぼ同じである。図４に示すように、光源１７のフィラメントが十分に小さく、直近に置かれた凸レンズ２４で光源１７からの光がほぼ平行光線とできる場合、光導入口１４に対向する蓋体１２の下面に凸の円錐面鏡２５を設置し、反射光の放射角を目標角（本例では２０度）とする。たとえば、フィラメントの大きさが０．５ｍｍの時、直径３ｍｍ、焦点距離６ｍｍの凸レンズ２４を用いる場合、およそ±２．４度広がりがある平行光線とでき、セル空間１３における平行平板間隔５ｍｍの時、直径３ｍｍ、円錐頂角１６０度の凸の円錐面鏡２５で反射させ、反射光の放射角を目標角の２０±２．４度とすることができる。
【００４６】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態２と同様、光源１７の直近に置かれた凸レンズ２４でほぼ平行光線とできる場合、図５に示すように、凸レンズ２４の後に円錐形（アクシコン）レンズ２６を配置して入射角一定の円錐形に放射する光束とすることができる。たとえば、フィラメントの大きさが０．５ｍｍの時、直径３ｍｍ、焦点距離６ｍｍの凸レンズ２４を用いる場合、およそ±２．４度広がりがある平行光線とでき、屈折率１．４のプラスチックで成型された頂角１６２．８度の円錐形（アクシコン）レンズ２６で屈折させ光の放射角を目標角の２０±２．４度とすることができる。
【００４７】
（実施形態４）
本実施形態は、実施形態１とほぼ同じであるが、光源１７の輝度の経時変化を参照するために、図６に示すように、光源１７が置かれた焦点線Ｌ１上に焦点線Ｌ１を中心として蓋体１２の下面に開口２７を形成し、この開口２７の底部側に光検出器２９を設け、この開口２７に入射した光を光検出器２９で捉え、この検出信号を用いる。たとえば、光源１７の対面に０．５ｍｍの開口２７を設け、この開口２７を通じて光検出器２９へ参照用の光を導く。これにより、長期に亘る光源輝度の経時変化を補正することが容易になる。
【００４８】
（実施形態５）
本実施形態は実施形態１とほぼ同じであるが、図７に示すように、セル本体１１を２つの部分、すなわち第１のセル本体部分１１Ａと第２のセル本体部分１１Ｂに分けて作成する。セル１０は３つの部分となる。第２のセル本体部分１１Ｂには扁平楕円柱状のセル空間１３を貫通形成する。第２のセル本体部分１１Ｂを、第１のセル本体部分１１Ａと蓋体１２ではさむ形で組み合わせて、実施形態１で説明した扁平楕円柱状のセル空間１３と同様の空間を形成することができる。この形態によれば、実施形態１と比較して、製作がより一層容易になる利点がある。
【００４９】
以上、本発明を実施形態により説明してきたが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。
たとえば、上記実施形態では光源１７はセル本体１１に形成した光導入口１４の底部側に設置したが、光源１７をセル空間１３内の焦点線Ｌ１上に配置するとともに、円錐状や円筒状の遮蔽部材又は反射部材を配置し、光源からの光の放射角を制限するような構成としてもよい。
また、入射光の放射角の制限は光源１７の位置を調節することによって行ってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０    セル
１１    セル本体
１１Ａ    第１のセル本体部分
１１Ｂ    第２のセル本体部分
１２    蓋体
１３    セル空間
１４    光導入口
１５    光導出口
１６Ａ、１６Ｂ    ガス用開口
１７    光源
１８    光検出器
１９    凸面鏡
２０    凹面鏡
２１    タイミング制御回路
２２    増幅器
２３    積分回路
２４    凸レンズ
２５    円錐面鏡
２６    円錐形レンズ
２７    開口
２８    凸面鏡
２９    光検出器
【図１】
0005515102.tif 000002
【図２】
0005515102.tif 000003
【図４】
0005515102.tif 000004
【図５】
0005515102.tif 000005
【図６】
0005515102.tif 000006
【図７】
0005515102.tif 000007
【図３】
0005515102.tif 000008