(57)【要約】【課題】測定気体の露点が０℃未満の場合の応答性と信頼性を向上できる露点計を提供すること。【解決手段】所定の周波数帯のテラヘルツ波を測定気体に放射するテラヘルツ波光源（１０６）と、測定気体を透過したテラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出器（１２２Ａ，１２２Ｂ）と、測定気体の露点を算出するコントローラ（１１０）とを備え、コントローラ１１０は、テラヘルツ波検出器の検出値から得られるテラヘルツ波の吸光度と、測定気体の吸光度と露点の関係を示す検量線とに基づいて測定気体の露点を算出する。【選択図】図１
2014126460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数帯のテラヘルツ波を測定気体に放射するテラヘルツ波光源と、
前記測定気体を透過した前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出器と、
前記テラヘルツ波検出器の検出値から得られる前記テラヘルツ波の透過率又は吸光度に基づいて、前記測定気体の露点、湿度、または単位体積当たりの水分量を算出する制御装置とを備える露点計。
【請求項２】
請求項１に記載の露点計において、
前記テラヘルツ波光源から放射されるテラヘルツ波と前記テラヘルツ波検出器に検出されるテラヘルツ波には、
０．５６±０．０１ＴＨｚ、０．７５±０．０１ＴＨｚ、
０．９８±０．０１ＴＨｚ、１．１０±０．０１ＴＨｚ、
１．１６±０．０１ＴＨｚ、１．２１±０．０１ＴＨｚ、
１．２３±０．０１ＴＨｚ、１．４１±０．０１ＴＨｚ、のうち少なくとも１つの帯域が含まれていることを特徴とする露点計。
【請求項３】
請求項１に記載の露点計において、
前記制御装置は、水分濃度が既知の測定気体にテラヘルツ波を透過したときの透過率又は吸光度を複数パターン取得することで得られる検量線であって、透過率又は吸光度と露点の関係を示すものと、前記テラヘルツ波検出器の検出値から得られる前記テラヘルツ波の透過率又は吸光度とに基づいて、前記測定気体の露点、湿度、または単位体積当たりの水分量を算出することを特徴とする露点計。
【請求項４】
請求項１に記載の露点計において、
前記測定気体は、前記テラヘルツ波光源からのテラヘルツ波が導入される試料室内に満たされており、
参照気体で満たされ、前記テラヘルツ波光源からのテラヘルツ波が導入される参照試料室と、
当該参照試料室を透過したテラヘルツ波を検出する他のテラヘルツ検出器とをさらに備えることを特徴とする露点計。
【請求項５】
請求項４に記載の露点計において、
前記テラヘルツ波光源からのテラヘルツ波が前記試料室と前記参照試料室のそれぞれの壁面を通過する部分は、テラヘルツ波及び可視光のうち少なくともテラヘルツ波を透過する部材で形成されていることを特徴とする露点計。
【請求項６】
請求項５に記載の露点計において、
前記部材は、テラヘルツ波及び可視光を集光又はコリメートするレンズであることを特徴とする露点計。
【請求項７】
請求項４に記載の露点計において、
前記テラヘルツ波光源からのテラヘルツ波が前記試料室と前記参照試料室のそれぞれの内部から外部に出る際に通過する部分は、可視光を反射し、テラヘルツ波を透過する部材で形成されていることを特徴とする露点計。
【請求項８】
請求項１に記載の露点計において、
前記テラヘルツ波光源は、さらに可視光を放射しており、
前記テラヘルツ波光源からのテラヘルツ波は透過し、前記テラヘルツ波光源からの可視光は反射する鏡又はビームスプリッターと、
前記測定気体を透過しつつ、前記鏡又はビームスプリッターで反射した可視光を検出する可視光検出器とをさらに備え、
前記テラヘルツ波検出器は、前記測定気体を透過しつつ、前記鏡又はビームスプリッターを透過したテラヘルツ波を検出することを特徴とする露点計。
【請求項９】
請求項８に記載の露点計において、
前記鏡は、鏡面研磨したＳｉ単結晶で形成されていることを特徴とする露点計。
【請求項１０】
請求項８に記載の露点計において、
前記制御装置は、前記テラヘルツ波検出器の検出値から得られる前記テラヘルツ波の透過率又は吸光度に基づいて、前記測定気体の結露又は結霜時に前記鏡面又は前記ビームスプリッター上に表れる物体が露か霜かを判別する処理を実行することを特徴とする露点計。
【請求項１１】
請求項８に記載の露点計において、
前記制御装置は、前記テラヘルツ波検出器の検出値に基づいて算出した露点に基づいて前記鏡又はビームスプリットの温度を制御することを特徴とする露点計。
【請求項１２】
請求項８に記載の露点計において、
前記制御装置は、前記テラヘルツ波検出器の検出値から得られる前記測定気体の露点、湿度、または単位体積当たりの水分量に加えて、前記可視光検出器の検出値に基づいて前記測定気体の露点、湿度、または単位体積当たりの水分量を算出することを特徴とする露点計。
【請求項１３】
請求項８に記載の露点計において、
前記制御装置は、
前記テラヘルツ波検出器の検出値から得られる前記テラヘルツ波の透過率又は吸光度に基づいて、前記測定気体の露点を算出し、
前記可視光検出器の検出値から得られる前記可視光の透過率又は吸光度とに基づいて、前記測定気体の露点を算出し、
前記テラヘルツ波検出器の検出値に基づいて前記鏡の温度を制御し、
前記テラヘルツ波検出器の検出値から得られる前記テラヘルツ波の透過率又は吸光度に基づいて、前記測定気体の結露又は結霜時に前記鏡面又は前記ビームスプリッター上に表れる物質が露か霜かを判別する処理を実行し、
前記テラヘルツ波検出器の検出値に基づいて算出した露点と、前記可視光検出器の検出値に基づいて算出した露点と、前記鏡面温度と、前記鏡面温度が平衡状態に達したか否かと、前記鏡面上に表れる物体が露と霜のいずれであるかと、前記試料室内の圧力値と、前記測定気体の温度と、前記測定気体に係る露点の測定時間との少なくとも１つが表示される表示装置をさらに備えることを特徴とする露点計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測定気体の露点を測定するための露点計に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な有機材料を応用した製品が生産されている。有機材料は一般に水分に弱いため、湿度を充分に下げた低露点な環境で生産ラインが構築されており、低露点な環境を維持するためにドライルーム、ドライエアパージシステム、または窒素パージシステムの運用がなされている。有機材料の生産には乾燥気体に近い状態が理想的とされる。例えば、霜点で−７５℃または物質量分率（モル分率）で１μmol/mol（ppm）を境として、これよりも水蒸気量の少ない領域（以下、「微量水分領域」と称することがある）では、露点−９０℃以下という超低露点の気体が用いられることがあるが、その標準計測には高品質の露点計が使用される。
【０００３】
露点計には、例えば、定圧冷却式として、鏡面冷却式露点計、α線式露点計および水晶振動子露点計があり、定圧加熱式として塩化リチウム露点計があり、定積脱湿式としてニューマティック・ブリッジ湿度計があり、定積加湿式として加水露点計がある。また、物性測定による方法は、例えば、電磁波吸収法として、紫外線湿度計、赤外線吸収湿度計、マイクロ波湿度計、キャビティリングダウン分光法および波長可変半導体レーザ吸収分光法があり、電子式湿度計として、高分子電気抵抗式湿度計および高分子電気容量式湿度計がある。
【０００４】
上記の中で、鏡面冷却式露点計は、信頼性が高く、湿度の国家標準の国際比較で仲介装置としても採用されている。鏡面冷却式露点計は、鏡面を測定気体（露点の測定対象の気体）にさらしながら鏡面を冷却していくと、鏡面の温度と湿潤気体の露点温度または霜点温度が等しくなったところで鏡面に結露または結霜がおきるので、その際の鏡面の温度を読み取ることで、測定気体の露点温度又は霜点温度を測定する計測器である。鏡面を冷却すると露または霜が付着し始め、鏡面を加熱すると付着していた露または霜は蒸発し始めるので、鏡面上の露または霜の量を鏡面からの反射光で検出し、付着量が一定な平衡状態になるように鏡面の温度を自動制御する。なお、以下においては、露点温度と霜点温度をまとめて露点と称することとする。
【０００５】
特許文献１は、鏡面冷却式露点計に関する技術として、露点温度と制御パラメータとの関係を示す近似式を記憶する近似式記憶手段と、鏡面の反射光の光量が当該鏡面の冷却開始後に最初に大きく変化したときの当該鏡面の温度を仮露点として検出する仮露点検出手段と、当該仮露点検出手段によって検出された仮露点を近似式記憶手段の近似式に代入して制御パラメータを求め、当該制御パラメータを、鏡面を冷却する熱電冷却素子へ供給する電流を制御する際の制御パラメータとして設定する制御パラメータ設定手段とを備えたものを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１３９３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１では、求めた制御パラメータが最適であっても、露点が０℃以下の場合（例えば、０〜−３０℃）での連続測定の際に鏡面に霜が形成されず、過冷却の状態になることが多いという問題点がある。当該問題は、徐々に露点が低下して−２０℃以下になる時に良く見られる。
【０００８】
また、特許文献１において過冷却により露が急に霜に変化した場合、本露点は、仮露点よりも高い位置にあるにもかかわらず、仮露点よりやや低い位置にあるとみなしているため、霜の付着量が一定になる平衡状態に達するまでに時間がかかり、応答性が低いという問題点がある。また、平衡状態に達することができずに制御不調となるおそれもある。
【０００９】
特に、微量水分領域では、測定気体の水分が極少量なために、霜の成長速度が遅くなり、平衡状態に達するまでにさらに時間がかかり応答性が低くなる、また、霜の非平衡状態による不確かさが大きくなり、指示値の信頼性が低くなる、という問題点がある。
【００１０】
本発明の目的は、測定気体の露点が０℃未満の場合の応答性と信頼性を向上できる露点計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、所定の周波数帯のテラヘルツ波を測定気体に放射するテラヘルツ波光源と、前記測定気体を透過した前記テラヘルツ波を検出するテラヘルツ波検出器と、前記テラヘルツ波検出器の検出値から得られる前記テラヘルツ波の透過率又は吸光度に基づいて、前記測定気体の露点、湿度、または単位体積当たりの水分量を算出する制御装置とを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定気体の露点が０℃未満の場合の応答性と信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計１００の構成図。
【図２】テラヘルツ時間領域分光法にて測定した湿潤空気の吸収スペクトル。
【図３】本発明の実施の形態に係る測定気体の吸光度と露点の関係を示す検量線の一例。
【図４】測定気体の露点とＴＨｚ波（周波数：０．５６ＴＨｚ）の吸光度の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。  
図１は本発明の実施の形態に係る鏡面冷却式露点計１００の構成図である。この図に示す鏡面冷却式露点計１００は、周波数１ＴＨｚ前後（例えば、０．１〜１００ＴＨｚ）の電磁波（テラヘルツ波）と可視光を含む光を放射するテラヘルツ波光源１０６と、試料室１０１と、試料室１０１内に設置された鏡１０３と、鏡１０３を冷却（または加熱／冷却）して鏡１０３の温度を制御する温度制御部１０４と、鏡１０３の温度を検出するための温度計１０５と、可視光検出部１０７Ａ，１０７Ｂと、テラヘルツ波検出部１２０Ａ，１２０Ｂと、参照試料室１４１と、参照試料室１４１内に設置されたビームスプリッター１０８と、鏡１０３を透過したテラヘルツ波をテラヘルツ波検出部１２０Ｂに向けて集光するためのテラヘルツ波集光系１２３と、露点計１００内の各種装置に係る制御処理が実行されるコントローラ（制御装置）１１０を備えている。なお、以下では、「テラヘルツ波」を「ＴＨｚ波」と表記することがある。
【００１５】
試料室１０１は壁面によって外部から区画された空間であり、試料室１０１の内部は、露点の測定対象である測定気体（湿潤ガスまたはガス）１０２で満たされている。試料室１０１には、測定気体１０２を試料室１０１の内部に導入するための供給口１１２と、測定気体１０２を試料室１０１の外部に排出するための排出口１１３が設けられている。試料室１０１内には、結露または結霜を検出するための鏡１０３が設置されており、鏡１０３は感湿部として機能する。鏡１０３は、テラヘルツ波は透過するが、可視光は反射する。
【００１６】
なお、試料である測定気体１０２が、例えば腐食性ガスや低露点気体の場合には、試料室１０１の内壁面で腐食や吸湿が起こって高精度な測定が行えないおそれがあるので、試料室１０１の内壁は、耐腐食性や耐湿度性のある材料で構成することが好ましい。
【００１７】
また、測定気体１２０が腐食性気体や低露点気体の場合には、テラヘルツ波光源１０６、可視光検出部１０７、およびＴＨｚ波検出部１２０は、測定気体１２０に露出しない方が良い場合が多いので、試料室１０１外に設置するのが望ましいが、試料室１０１内部に実装した方が感度の良い場合が多いので、選定部品や露点計１００構成により最適に配置してかまわない。本実施の形態では、テラヘルツ波光源１０６と、可視光検出部１０７の一部と、ＴＨｚ波検出部１２０を試料室１０１外部に設置した例となっている。
【００１８】
また、試料室１０１と参照試料室１４１において、光源１０６からのＴＨｚ波１３０，１３３が試料室１０１と参照試料室１４１のそれぞれの壁面を通過する部分には、可視光及びＴＨｚ波１３０，１３３のうち少なくともＴＨｚ波１３０，１３３を透過する材料（例えば、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂の一種など）を用いて作成された透過部材１０９Ａ，１０９Ｂが設けられている。図１に示した例では、透過部材として、テラヘルツ波及び可視光を集光又はコリメートするレンズ１０９Ａ，１０９Ｂが設けられている。なお、図１の例では、試料室１０１と参照試料室１４１の一部にレンズ１０９Ａ，１０９Ｂを形成したが、双方の壁面の全部を、上記の可視光及びＴＨｚ波１３０を透過する材料で製作してもよい。また、図１の例では、レンズ１０９Ａ，１０９Ｂは１枚のみ用意されているが、検出部によっては、複数枚用意してもかまわない。
【００１９】
参照試料室１４１は、壁面によって外部から区画された空間であり、参照試料室１４１の内部は、試料室１０１内の測定気体と同種の気体（参照気体）で満たされている。参照試料室１４１には、参照気体を室内に充填するための充填口１４２が設けられている。光源１０６から放射されたテラヘルツ波（参照光１３３）のゆらぎを少なくするために、充填口１４２は測定時には図１に示したように閉じられている。充填口１４２に代えて、試料室１０１のように、供給口および排出口を設けても構わない。参照試料室１４１の内壁も、試料室１０１の材料と同様の観点から、耐腐食性や耐湿度性のある材料にて構成することが好ましい。
【００２０】
本実施の形態では、参照試料室内１４１の参照光１３３をより安定させるために、試料室１０１と参照試料室１４１は別構成とし、個別に設けている。なお、構成によっては、参照試料室１４１と試料室１０１を連通させて、両者の機能を１つの空間で兼用する構成としてもかまわない。
【００２１】
なお、図示は省略したが、試料室１０１及び参照試料室１４１内には、室内圧力を検出するための圧力センサと、室内温度を検出するための温度センサなど各種センサがそれぞれ実装されており、これらセンサの検出値は、通信線１１１を介してコントローラ１１０に出力されている。これらのセンサ検出値は、試料室１０１及び参照試料室１４１の圧力及び温度をフィードバック制御するために利用されており、当該センサ検出値に基づいてコントローラ１１０が測定気体の供給排出用ポンプ、外部バルブ及び温度調整機器等を制御することで、試料室１０１及び参照試料室１４１内の環境が一定に保持される構成となっている。
【００２２】
ＴＨｚ波光源１０６は、所定の周波数帯のＴＨｚ波と可視光を放射するもので、例えば、高圧水銀灯やハロゲンランプなどのランプが使用可能である。ＴＨｚ波は、適度な透過性を有しており、湿潤気体に大きな吸収を有している。また、可視光とは異なり、水と氷で透過率（吸光度）が異なるという性質を有している。図１に示した光学系は、ダブルビーム方式を採用しており、ＴＨｚ光源１０６より放出された可視光及びＴＨｚ波は、スリット等のビームスプリッタ（図示せず）で２つの光束１３０，１３３に分けられており、それぞれ別の光学系（試料室１０１に係る光学系と、参照試料室１４１に係る光学系）に導入されている。
【００２３】
一方の光束１３０は、ＴＨｚ波透過材料レンズ１０９Ａを介して試料室１０１内に導入され、試料室１０１内の鏡１０３に照射される。鏡１０３に照射された光束１３０のうち、鏡１０３で反射または散乱された可視光１３１は、可視光検出部１０７Ａへ導入される。一方、光束１３０のうち、鏡１０３を透過または散乱されたＴＨｚ波１３２は、ＴＨｚ集光系１２３を介してＴｈｚ波検出部１２０Ａに導入される。このように、試料室１０１に係る光学系は、可視光１３１を可視光検出部１０７Ａで検出することで測定気体の露点を検出する可視光検出系と、ＴＨｚ波１３２をＴＨｚ波検出部１２０Ａで検出することで当該測定気体の露点を検出するＴＨｚ検出系の双方を備えている。
【００２４】
他方の光束１３３は、ＴＨｚ波透過材料レンズ１０９Ｂを介して参照試料室１４１内に導入され、参照試料室１４１内のビームスプリッター１０８に照射されて、可視光１３４とＴＨｚ波１３５に分離される。可視光１３４は可視光検出部１０７Ｂに導入され、ＴＨｚ波１３５はＴＨｚ波検出部１２０Ｂに導入される。このように、参照試料室１４１に係る光学系も、可視光１３４を可視光検出部１０７Ｂで検出することで測定気体の露点を検出する可視光検出系と、ＴＨｚ波１３５をＴＨｚ波検出部１２０Ｂで検出することで当該測定気体の露点を検出するＴＨｚ検出系を備えている。
【００２５】
鏡１０３及びビームスプリッター１０８は、可視光を反射し、ＴＨｚ波を透過する材料（例えば、シリコン（Ｓｉ））で構成されている。鏡１０３及びビームスプリッター１０８は試料室１０１及び参照試料室１４１の壁面の近傍に設置されており、鏡１０３又はビームスプリッター１０８を透過したＴＨｚ波は、試料室１０１又は参照試料室１４１の内部から外部に放出される。
【００２６】
鏡１０３の入射面（上面）および出射面（下面）は、Ｓｉ単結晶で形成することが好ましく、さらには鏡面ウェハのように研磨することが好ましい。Ｓｉ単結晶の他の材料としては、Ｓｉ多結晶、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリマー、当該ポリマーにポリテトラフルオロエチレン膜を塗布したもの、メタマテリアルなどが利用可能である。なお、鏡１０３およびビームスプリッター１０８は、試料室１０１の外壁と兼用してもかまわない。
【００２７】
ところで、鏡１０３の裏面（出射面）には、温度制御部１０４と、温度計１０５と、ＴＨｚ集光系１２３が取り付けられている。
【００２８】
温度制御部１０４は、鏡１０３の温度を制御するためのもので、ペルチェ素子などを用いた電子冷却器や加熱器、放熱器などで構成され、コントローラ１１０からの指令を通信線１１１を介して受けて、鏡１０３の冷却／加熱機能を有している。
【００２９】
温度計１０５は、白金測温抵抗体や熱電対などで構成され、鏡１０３の鏡面温度を測定する機能を有している。温度計１０５の検出値は、通信線１１１を介してコントローラ１１０に出力されている。
【００３０】
ＴＨｚ波集光系１２３は、金若しくはアルミなどで金属コートされたガラス、または金属で作成された楕円面鏡やウィンストンコーンミラーなどで構成され、鏡１０３を透過したＴＨｚ波１３２や、鏡面１０３の霜や露により散乱されたＴＨｚ波１３２を効率良くＴＨｚ波検出部１２０へ集光する機能を有している。
【００３１】
可視光検出部１０７Ａ，１０７Ｂは、フォトディテクタ（フォトダイオードや光電子増倍管）や、カメラ（ＣＣＤカメラ、ＣＯＭＳカメラ）などで構成され、可視光の反射光または後方散乱光の強度や像を検出する機能を有している。
【００３２】
ＴＨｚ波検出部１２０Ａは試料室１０１を透過したＴＨｚ波を検出するための部分であり、ＴＨｚ波検出１２０Ｂは参照試料室１４１を透過したＴＨｚ波を検出するための部分である。ＴＨｚ波検出部１２０Ａ，１２０Ｂは、ＴＨｚ波フィルタ１２１Ａ，１２１ＢとＴＨｚ波検出器１２２Ａ，１２２Ｂを備えている。
【００３３】
ＴＨｚ波フィルタ１２１Ａ，１２１Ｂは、任意のＴＨｚ帯域の電磁波のみを選択的に透過するもので、例えば、メタマテリアルなどのバンドパスフィルタやエッジフィルタなどが利用可能である。図１に示したＴＨｚ波フィルタ１２１Ａ，１２１Ｂが透過するＴＨｚの帯域には、（１）０．５６±０．０１ＴＨｚ、（２）０．７５±０．０１ＴＨｚ、（３）０．９８±０．０１ＴＨｚ、（４）１．１０±０．０１ＴＨｚ、（５）１．１６±０．０１ＴＨｚ、（６）１．２１±０．０１ＴＨｚ、（７）１．２３±０．０１ＴＨｚ、（８）１．４１±０．０１ＴＨｚ、という８つの帯域のうち少なくとも１つが含まれている。すなわち、測定気体を透過した光束１３０，１３３の透過光又は前方散乱光（ＴＨｚ波１３２，１３５）に当該８つの帯域のＴＨｚ波が含まれている場合には、当該８つの帯域のＴＨｚ波がＴＨｚ波検出器１２２Ａ，１２２Ｂに導入される。ＴＨｚ波は、水に対する顕著な吸収性を備えており、先述の８つの帯域は水分を含む湿潤ガス（湿潤気体）にＴＨｚ波が顕著に吸収される周波数に対応する。なお、光源１０６から放射されるＴＨｚ波に、ＴＨｚ波フィルタ１２１Ａ，１２１Ｂが選択的に透過する帯域が含まれていることは言うまでもない。
【００３４】
図２はテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ-ＴＤＳ：ＴＨｚ Ｔｉｍｅ-Ｄｏｍａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて測定した湿潤空気の吸収スペクトル（周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ごとの吸光度（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ））を示す。この図に示すように、湿潤空気の吸収スペクトルは、先述の８つの帯域に対応する周波数、０．５６ＴＨｚ、０．７５ＴＨｚ、０．９８ＴＨｚ、１．１０ＴＨｚ、１．１６ＴＨｚ、１．２１ＴＨｚ、１．２３ＴＨｚ、１．４１ＴＨｚ、に急峻な吸収ピークを持つ。
【００３５】
図１に戻り、ＴＨｚ波検出器１２２Ａ，１２２Ｂは、試料室１０１内の測定気体又は参照試料室１４１内の測定気体を透過した光束１３０，１３３の透過光又は前方散乱光（ＴＨｚ波１３２，１３５）の強度や像を検出するもので、焦電センサ、ボロメータ、ゴーレイセル、ＴＨｚカメラなどが利用可能である。ＴＨｚ波検出器１２２Ａ，１２２Ｂの検出値は、後述するＴＨｚ波の吸光度又は透過率に基づいた露点の算出に加えて、一般的な鏡面冷却式露点計による露点の算出にも利用できる。
【００３６】
コントローラ１１０は、各機器の制御機能と露点の算出機能を有しており、露点計１００に実装された全ての機器と通信線１１１によって電気的に接続されている。また、コントローラ１１０は、モニタ（表示装置）１５０への測定結果の出力や、上位装置（図示せず）との通信や、供給／排気系のポンプ（図示せず）の制御なども行う。なお、特に図示しないが、コントローラ１１０は、そのハードウェア構成として、各種プログラムを実行するための演算手段としての演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）と、当該プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶手段としての記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびフラッシュメモリ等の半導体メモリや、ハードディスクドライブ等の磁気記憶装置）と、各種装置へのデータ及び指示等の入出力制御を行うための入出力演算処理装置を備えている。
【００３７】
モニタ１５０には、通信線１１１を介したコンローラ１１０の出力値に応じて、各種情報が表示される。
【００３８】
以下、本実施の形態に係る露点計１００による露点測定について説明する。  
まず、図１に示した鏡面冷却式露点計１００を用いて、一般的な鏡面冷却式露点計での露点測定手順とその問題点について説明する。
【００３９】
作業者により、測定環境が整えられ、露点計の電源が入れられ、露点測定が開始されると、コントローラ１１０は、供給口１１２を介して試料室１０１の内部に測定気体１０２を供給し、試料室１０１を一定圧力に保ちながら、排出口１１３を介して測定気体１０２を試料室１０１の外部に排出する。
【００４０】
コントローラ１１０は、試料室１０１が測定気体１０２で圧力や温度が一定な安定状態になったら、温度制御部１０４を利用して鏡１０３を徐々に冷却していく。鏡面１０３の温度と測定気体１０２の露点または霜点が等しくなると、鏡面１０３に結露または結霜が起きる。
【００４１】
この結露または結霜が起こったとき、コントローラ１１０は、参照試料室１４１における光源１０６からの直接可視光１３４と、試料室１０１における鏡面１０３の露または霜によって光強度が減少した反射可視光１３１との比較を行い、鏡面１０３に付着する露または霜の量が一定となるように温度制御部１０４で温度を制御して平衡状態を実現する。そして、コントローラ１１０は、結露または結霜が起こり平衡状態に達したときの鏡面温度（温度計１０５の検出温度）を測定気体の露点温度として記録する。
【００４２】
ところで、上記のように温度を徐々に下げていくような連続測定の場合、鏡面１０３に霜が形成されず、過冷却になるような問題が生じることがある。可視反射光１３１に基づく鏡面温度のフィードバック制御では、過冷却などの原因により、制御不調が発生し、平衡状態に達するまでに時間がかかり、応答性が悪くなるような問題が生じることがある。なお、微量水分領域では、さらに応答性が悪くなり、霜の非平衡状態による不確かさが大きく指示値の信頼性が低くなるというような問題が生じることがある。このように、鏡面式露点計は一般的に平衡状態に達するのに時間がかかるため応答性が悪く、特に、微量水分領域では、さらに応答性が悪くなる。
【００４３】
鏡面式露点計に係る上記問題点を解決するために、本実施の形態に係る露点計１００では、光源をＴＨｚ波光源１０６とし、測定気体を透過したＴＨｚ波１３２をＴＨｚ波検出部１２０Ａで検出することとした。このように構成した本実施の形態に係る露点計１００において、ＴＨｚ波検出部１２０に実装したバンドパスフィルタ１２１Ａにて、上記（１）〜（８）の帯域を少なくとも１つ含む帯域を透過させ、試料室１０１および鏡１０３を透過したＴＨｚ波１３２の透過率をＴＨｚ波検出部１２０Ａで検出する。コントローラ１１０は、ＴＨｚ波検出器１２２Ａの検出値から得られるＴＨｚの吸光度に基づいて、測定気体の露点を算出する。
【００４４】
測定気体を透過したＴＨｚ波の吸光度Ａに基づく露点温度の算出方法としては、ランベルトベールの法則を利用するものがある。吸光度Ａは、入射光強度（Ｉｏ）と透過光強度（Ｉ）の比（透過率）の常用対数をとり、これに負号（マイナス）を付したものである（Ａ＝−ｌｏｇ１０（Ｉ／Ｉｏ））。ランベルトベールの法則によれば、測定気体の吸光度Ａは、当該測定気体に係る水の数密度ｎと、当該測定気体の吸収係数σと、光路長ｌとの積で規定される（Ａ＝σｎｌ）。したがって、水分濃度が既知の測定気体の複数のサンプルを測定することで当該吸収係数σを予め求めておけば、当該測定気体の吸光度Ａを測定することで、当該測定気体中の水の数密度が算出できる。そして、最終的に、当該数密度から当該測定気体中の水分量や露点を算出できる。なお、上記の吸光度Ａの定義から明白であるが、吸光度の代わりに透過率に基づいて露点を算出しても良い。
【００４５】
本実施の形態では、コントローラ１１０での処理を簡略化する観点から、測定気体の吸光度と露点との関係を示す検量線がコントローラ１１０に予め記憶されており、コントローラ１１０は当該検量線を利用して露点を算出している。図３は、本発明の実施の形態に係る測定気体の吸光度（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）と露点（Ｄｅｗ ｐｏｉｎｔ）の関係を示す検量線の一例である。この図の検量線が示すように、露点は吸光度Ａに比例する。水分濃度が既知の測定気体にテラヘルツ波を透過したときの吸光度（又は透過率）を複数パターン取得すれば、当該測定気体の吸収係数σを推定でき、検量線は当該吸収係数σに基づいて規定することができる。コントローラ１１０は、ＴＨｚ波検出器１２２Ａの検出値から得られるＴＨｚ波の吸光度と、検量線とに基づいて、測定気体の露点を算出する。すなわち、検出したＴＨｚ波の吸光度のときの露点を図３の検量線から探索し、当該探索した露点を測定気体の露点とする。なお、測定気体の露点、温度、圧力が分かれば、当該測定気体の湿度（相対湿度）と、単位体積当たりの当該測定気体の水分量が算出可能であるので、コントローラ１１０に入力される当該測定気体の温度・圧力を利用して、当該測定気体の湿度及び水分量を算出しても良い。
【００４６】
図４は測定気体の露点とＴＨｚ波（周波数：０．５６ＴＨｚ）の吸光度の関係を示すグラフである。この図は、試料室１０１にパージする測定気体１０２の露点を徐々に下げていったときの０．５６ＴＨｚの吸光度（Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）３０１と、測定気体の露点（Ｄｅｗｐｏｉｎｔ）３０２とを測定した実験結果を示している。両測定結果を比較しやすくするため、測定開始時と終了時の吸光度と露点の値を重ねて表示している。この図に示すように、測定気体の露点を下げていくと吸光度のピークも下がる。すなわち、吸光度（透過率）と露点には相関関係がある。
【００４７】
なお、ＴＨｚ波を、測定気体中の水分ではなく、露又は霜が生じた状態の鏡１０３に透過させた場合には、上記した８つの各ピークの吸光度ではなく、ベースラインごと強度変化が発生する。また、図２に係る０．５６ＴＨｚを除く他の７つの吸収ピークもそれぞれ同様に、露点と吸光度に相関があることはいうまでもない。
【００４８】
上記のように構成した本実施の形態によれば、測定気体の水分によるＴＨｚ波の吸収を直接測定しているため、平衡状態に達するまで待つ必要がなく、露点計の応答性を顕著に向上できる。すなわち、平衡状態時の鏡１０３の結露または結霜を可視光１３１及びＴＨｚ波１３２で確認する前の段階から、ＴＨｚ波による露点を測定・表示することで応答性の高いデータ表示が可能となる。また、ＴＨｚ波による測定は、一般的な鏡面冷却式露点計と比べて瞬時に検出可能なため、平衡状態に達するまでの揺らぎを測定することも可能である。さらに、測定気体の露点が０℃未満の場合にも、霜が平衡状態に達したか否かを判断する必要が無いので、従来の露点計と比較して信頼性も向上できる。したがって、本実施の形態によれば、測定気体の露点が０℃未満の場合の応答性と信頼性を向上できる。
【００４９】
また、本実施の形態では、前記（１）〜（８）に係る帯域を含むＴＨｚ波を使用しているため、測定気体中の水分や鏡面上に発生した露又は霜の吸収係数が大きく、他の波長と比較して、光路長が短くても十分な感度を得ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態に係る露点計１００は、ＴＨｚ波１３２をＴＨｚ波検出部１２０Ａで検出することで測定気体の露点を検出する「ＴＨｚ検出系」に加えて、可視光１３１を可視光検出部１０７Ａで検出することで測定気体の露点を検出する「可視光検出系（つまり、一般的な鏡面冷却式露点計の検出系）」を備えている。したがって、上記のようにＴＨｚ検出系による露点を測定した後に、可視光検出系による露点の測定が可能である。そこで、ＴＨｚ検出系と可視光検出系による露点を計測すれば、両者の結果を比較できるため、ＴＨｚ波による測定結果の信頼性を向上できる。つまり、ＴＨｚ波を利用した微量水分領域での露点測定（霜点測定）の信頼性も向上できる。なお、可視光検出系による露点の測定とは、可視光検出部１０７Ａで鏡１０３の反射光（可視光）を検出することで鏡１０３上の露または霜の量が平衡状態に達したか否かを判定しつつ、温度制御部１０４で鏡１０３の温度を自動制御することで平衡状態を実現し、当該平衡状態に達したときの鏡面温度を測定気体の露点とするものである。
【００５１】
また、ＴＨｚ波の吸光度から測定された露点を基準とした所定の温度範囲（例えば、露点温度±α℃の温度範囲）で、温度制御部１０４及びコントローラ１１０により鏡１０８の表面温度をフィードバック制御すれば、露又霜の付着量が一定になる平衡状態に達することなく制御不調で終わること（すなわち、露点の測定不能）が防止できるとともに、平衡状態に達する時間を従来よりも短縮できる。また、鏡１０３上の露が霜に急に変化した場合でも、既に取得したＴＨｚ波による露点の測定結果を参照すれば、過冷却が発生したことが分かるので誤った測定結果を出すことを回避できる。
【００５２】
なお、上記の説明では、試料室１０１の光学系に係る検出器１２２Ａの出力値に基づいて測定気体の露点を算出したが、一般的な鏡面冷却式露点計と異なりＴＨｚ波に鏡１０３を透過させる必要はないので、参照試料室１４１の光学系に係る検出器１２２Ｂの出力値に基づいて測定気体の露点を算出しても良い。
【００５３】
ところで、一般的な鏡面冷却式露点計では、測定気体の露点時に鏡面上に表れる物体が露（液水）なのか、霜（氷）なのかを判断する際に可視光を利用する場合があるが、このように可視光のみを利用する場合には、鏡面の冷却開始後に当該鏡面の反射光の光量が最初に大きく変化した時の鏡面温度からでは判断できず、カメラ等で鏡面を撮影して得た画像（例えば、可視光検出器１０７Ａにカメラを用いて鏡面上の物質を撮影した画像）にパターン認識を適用して、鏡面上に発生した物体が水なのか氷なのかを慎重に判断しなければならないという課題がある。
【００５４】
この課題に対して、本実施の形態では、液水と氷で透過率（吸光度）が顕著に異なるというＴＨｚ波の特徴を利用することで両者の判別を行っている。次に、この点に係る構成について説明する。
【００５５】
コントローラ１１０には、鏡１０３が結露したときの透過率（又は吸光度）と露点の関係を示す検量線（結露時の検量線）と、鏡１０３が結霜したときの透過率（又は吸光度）と露点との関係を示す検量線（結霜時の検量線）が記憶されている。なお、ＴＨｚ波は液水の透過率に対して氷の透過率の方が顕著に高く、氷に係る検量線の方が相対的に傾きが大きくなる。
【００５６】
コントローラ１１０は、鏡１０３の露又は霜の付着量が平衡状態に達したことを確認したら、当該状態での透過率をＴＨｚ波検出器１２２Ａを利用して取得し、取得した透過率が上記２つの検量線（結露時及び結霜時の検量線）上でどの露点温度に対応するかを探索する。そして、探索した露点温度が平衡状態の温度に近い検量線が液水又は氷のどちらのものかで鏡１０３上の物体を判別する。これにより、画像認識しなくても、鏡１０３上の物体が氷か水かを容易に判別することができる。
【００５７】
なお、上記２つの検量線をコントローラ１１０に記憶しておく必要は必ずしもなく、例えば、上記２つの検量線の差分と、一方の検量線を記憶しておくだけでも良い。また、完全に平衡状態に達していなくても、鏡１０３上に物体が出現した状態で液水と氷の判断を行っても良い。さらに、ＴＨｚ波検出器１２２Ａによる判別と可視光のカメラ（可視光検出部１０７Ａ）による画像処理を併用し、両者の結果を比較検討することで判別の信頼性向上を図っても良い。また、上記の判別結果をコントローラ１１０によりモニタ１５０に出力・表示することで、オペレータに教示しても良い。
【００５８】
ところで、上記で説明したコントローラ１１０が取得及び算出した各種情報は、モニタ１５０に出力・表示することで、オペレータに教示しても良い。モニタ１５０に表示する情報としては、例えば、ＴＨｚ波検出器１２２Ａ，１２２Ｂの検出値に基づいて算出された露点（ＴＨｚ波検出系による露点）と、可視光検出器１０７Ａ，１０７Ｂの検出値に基づいて算出した露点（可視光検出系による露点）と、鏡１０３の表面温度（鏡面温度）と、当該鏡面温度の平衡状態（鏡１０３の露又は霜の付着量が一定になって鏡面温度が一定に達したか否か）と、前記鏡面上に表れる物体が露（液水）と霜（氷）のいずれであるかと、試料室１０１及び参照試料室１４１内の圧力値と、試料室１０１及び参照試料室１４１内の測定気体の温度と、試料室１０１及び参照試料室１４１内の測定気体に係る露点の測定時間と、これらのうち任意のデータをグラフ化又は図形化した情報（例えば、図４）等がある。例えば、ＴＨｚ波検出系による露点と、可視光検出系による露点との双方をモニタ１５０に表示すれば、ＴＨｚ波検出系による露点の正確性を確認できる。なお、モニタ１５０に表示する情報は、上記の各種情報のうちいずれ１つを表示しても良いし、任意に選択したものを表示しても良い。
【００５９】
なお、上記では、一般的な鏡面冷却式露点計の基本構成にＴＨｚ波測定系を加えて構成した露点計を例に挙げて説明したが、これと同様に、他の露点計にＴＨｚ波測定系を併設してもかまわない。また、ダブルビーム方式（本実施の形態のように参照試料室１４１も利用する露点計）に代えて、シングルビーム方式（参照試料室１４１を省略して、試料室１０１のみを利用する露点計）としても構わない。また、光源及び検出部の双方として利用できるＴＨｚ−ＴＤＳの光伝導スイッチをＴＨｚ波光源１０６や検出部１２０Ａ，Ｂに用いて、可視光に係る光源及び測定系を実装することなく鏡面冷却式露点計を構成してもかまわない。さらに、上記（１）〜（８）に係るＴＨｚ波帯域を発生させられる小型デバイスが開発されれば、それを用いた小型ＴＨｚ波露点計を作成してもかまわない。
【００６０】
また、上記（１）〜（８）に係る周波数帯域のＴＨｚ波の発生と検出が可能な光源及び検出器が利用可能である場合には、キャビティリングダウン分光法や波長可変半導体レーザ吸収分光法にも応用可能である。この場合、他の波長帯域よりも測定気体中の水分の吸収係数が大きいため、光路長を短くすることができる。
【００６１】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
【００６２】
また、上記のコントローラ１１０の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記のコントローラ１１０に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該コントローラ１１０の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００：露点計、１０１：試料室、１０２：測定気体、１０３：鏡（鏡面）、１０４：温度制御部、１０５：温度計、１０６：光源、１０７：可視光検出部、１０８：ビームスプリッター、１０９：壁面の一部、１１０：コントローラ、１１１：電気系接続、１１２：供給口、１１３：排出口、１２０：ＴＨｚ波検出部、１２１：ＴＨｚ波フィルタ、１２２：ＴＨｚ波検出器、１２３：ＴＨｚ波集光系、１３０：可視光およびＴＨｚ波、１３１：鏡で反射した可視光、１３２：鏡を透過したＴＨｚ波、１３３：参照用の可視光およびＴＨｚ波、１３４：ビームスプリッターに反射した可視光、１３５：ビームスプリッターを透過したＴＨｚ波、１４１：参照試料室、１４２：充填口、１５０：モニタ（表示装置）
【図１】
2014126460.tif 000003
【図２】
2014126460.tif 000004
【図３】
2014126460.tif 000005
【図４】
2014126460.tif 000006