(57)【要約】      （修正有）【課題】体格の増大が抑制された濃度検出装置を提供する。【解決手段】赤外線を含む検査光を照射する赤外光源と、検査光に含まれる赤外線を透過する材料で形成され、内部に被検出対象が配置される筐体と、該筐体及び筐体内の被検出対象を透過した検査光を検出し、検出した検査光とその検査光が被検出対象を透過した光路長とに基づいて、被検出対象の濃度を算出する算出部と、を有する濃度検出装置であって、筐体は、赤外光源から照射された検査光が入射する入射壁部３３と、筐体内の被検出対象を透過した検査光が出射される出射壁部３６と、を有し、入射壁部と出射壁部との間の距離が光路長に相当し、筐体の一部を変形することで、光路長を制御する制御部を有する。【選択図】図２
2014002030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を含む検査光を照射する赤外光源（１０）と、
前記検査光に含まれる赤外線を透過する材料で形成され、内部に被検出対象が配置される筐体（３０）と、
該筐体及び前記筐体内の被検出対象を透過した検査光を検出し、検出した検査光とその検査光が前記被検出対象を透過した光路長とに基づいて、前記被検出対象の濃度を算出する算出部（５０）と、を有する濃度検出装置であって、
前記筐体は、前記赤外光源から照射された検査光が入射する入射壁部（３３）と、前記筐体内の被検出対象を透過した検査光が出射される出射壁部（３６）と、を有し、
前記入射壁部と前記出射壁部との間の距離が前記光路長に相当し、
前記筐体の一部を変形することで、前記光路長を制御する制御部（７０）を有することを特徴とする濃度検出装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記筐体の一部を連続的に変形させることで、前記光路長を連続的に制御することを特徴とする請求項１に記載の濃度検出装置。
【請求項３】
前記筐体の一部は、局所的に厚さの薄い薄肉部（３４）であり、
前記入射壁部及び前記出射壁部の少なくとも一方が、前記薄肉部に連結されており、
前記制御部は、前記薄肉部を変形させることで、前記光路長を制御することを特徴とする請求項２に記載の濃度検出装置。
【請求項４】
前記筐体における前記赤外光源との対向壁部（３１）に、前記入射壁部が含まれており、
前記対向壁部の外面に遮光膜（７１，７４）が形成され、
該遮光膜に開口部（７１ａ，７４ａ）が形成されており、
前記赤外光源から照射された検査光が、前記遮光膜に形成された開口部を介して、前記入射壁部に入射することを特徴とする請求項３に記載の濃度検出装置。
【請求項５】
前記被検出対象は、液体であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の濃度検出装置。
【請求項６】
前記筐体は、前記検査光に含まれる赤外線を透過する半導体（３１，３２）によって形成されていることを特徴とする請求項５に記載の濃度検出装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記制御部によって前記光路長が連続的に変化させられた際における、前記筐体及び前記筐体内の被検出対象を透過した検査光を検出するとともに、検出した検査光の強度が一定値の場合の光路長を検出し、検出した光路長と一定値とに基づいて、前記被検出対象の濃度を算出することを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の濃度検出装置。
【請求項８】
前記算出部は、前記制御部によって前記光路長が連続的に変化させられた際における、前記筐体及び前記筐体内の被検出対象を透過した検査光を検出するとともに、検出した検査光の強度、検出した検査光の前記光路長に対する微分値、及び、前記被検出対象の吸光係数に基づいて、前記被検出対象の濃度を算出することを特徴とする請求項２〜６いずれか１項に記載の濃度検出装置。
【請求項９】
前記算出部は、複数の光路長に対する複数の検査光を検出し、最小二乗法を用いて、検出した検査光に対する微分値を算出することを特徴とする請求項８に記載の濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査光を照射する赤外光源と、内部に被検出対象が配置される筐体と、被検出対象を透過した検査光を検出し、検出した検査光とその検査光の光路長とに基づいて、被検出対象の濃度を算出する算出部と、を有する濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、光路体と、光路体及び試料ガスが中空内に配置される測定セルと、測定セル内に光を照射する光源と、光路体及び試料ガスを透過した光を検出する赤外線検出器と、を備える赤外線式ガス分析計が提案されている。光路体は、長さの異なる複数の長手部材を有し、これら複数の長手部材は、同一平面にて交差した態様で連結されている。そして、光路体における複数の長手部材の交差した部位に回転軸が連結され、この回転軸がモータによって回転可能となっている。
【０００３】
モータによって光路体が回転すると、ある長手部材の長手方向が、光源と赤外検出器とを結ぶ方向に一致する状態が訪れる。この状態にて、光源から照射された光は、光源と長手部材との間にある試料ガス、長手部材、及び、長手部材と赤外線検出器との間にある試料ガスを透過して、赤外線検出器に入射する。この際の、光源と長手部材との間、及び、長手部材と赤外線検出器との間の長さの合計が、試料ガスを透過する光の光路長に相当し、これは、長手部材の長さによって規定される。上記したように、各長手部材の長さは異なるため、各長手部材によって規定される光路長が異なる。そのため、光路体を回転させることで、光路長が断続的（不連続的）に変化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１９７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、特許文献１に示される赤外線式ガス分析計は、光路体を回転させることで、光路長が変化される構成となっている。これによれば、確かに光路長を変化させることはできるが、長さの異なる複数の長手部材を有する光路体、及び、この光路体を回転するための回転軸とモータが必要になり、測定セルの体格が増大する。この結果、赤外線式ガス分析計の体格が増大する、という問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、体格の増大が抑制された濃度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明は、赤外線を含む検査光を照射する赤外光源（１０）と、検査光に含まれる赤外線を透過する材料で形成され、内部に被検出対象が配置される筐体（３０）と、該筐体及び筐体内の被検出対象を透過した検査光を検出し、検出した検査光とその検査光が被検出対象を透過した光路長とに基づいて、被検出対象の濃度を算出する算出部（５０）と、を有する濃度検出装置であって、筐体は、赤外光源から照射された検査光が入射する入射壁部（３３）と、筐体内の被検出対象を透過した検査光が出射される出射壁部（３６）と、を有し、入射壁部と出射壁部との間の距離が光路長に相当し、筐体の一部を変形することで、光路長を制御する制御部（７０）を有することを特徴とする。
【０００８】
このように本発明によれば、筐体（３０）の一部を変形することで、光路長を制御している。これによれば、長さの異なる複数の長手部材を有する光路体を回転させる構成と比べて、回転させるためのスペースを確保しなくともよい。そのため、濃度検出装置（１００）の体格の増大が抑制される。
【０００９】
更に、本発明において、制御部（７０）は、筐体（３０）の一部を連続的に変形させることで、光路長を連続的に制御する構成が好適である。これによれば、光路長が不連続的に制御される構成と比べて、被検出対象を測定するのに最適な光路長を選択することができる。なお、光路長を連続的に制御する構成としては、長さが連続的に変化された複数の長手部材を有する光路体を回転させる構成も考えられる。しかしながら、この構成の場合、多くの長手部材を有さなくてはならず、光路体の体格の増大が懸念される。したがって、本発明にかかる濃度検出装置（１００）は、上記した比較構成と比べて、体格の増大が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る濃度検出装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す筐体の拡大断面図である。
【図３】準備工程を説明するための断面図である。
【図４】溝形成工程を説明するための断面図である。
【図５】モスアイ構造形成工程を説明するための断面図である。
【図６】第１マスクパターニング工程を説明するための断面図である。
【図７】第１エッチング工程を説明するための断面図である。
【図８】第２マスクパターニング工程を説明するための断面図である。
【図９】第２エッチング工程を説明するための断面図である。
【図１０】準備工程を説明するための断面図である。
【図１１】圧電素子形成工程を説明するための断面図である。
【図１２】薄肉部形成工程を説明するための断面図である。
【図１３】モスアイ構造形成工程を説明するための断面図である。
【図１４】被検出対象を構成する各成分の検出可能範囲を説明するための、光路長に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図１５】一定値に対する被検出対象の濃度と光路長の関係を説明するための、光路長に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図１６】濃度の検出を説明するための、光路長に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図１７】筐体の変形例を示す断面図である。
【図１８】金属配線を説明するための断面図である。
【図１９】不純物の添加された領域を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図１５に基づいて、本実施形態に係る濃度検出装置を説明する。本実施形態に係る被検出対象は、液体である。より詳しく言えば、披検出対象は、エタノール、ガソリン、及び、水の少なくとも１つを含む混合液体である。被検出対象に含まれるエタノールの濃度は０〜１００％、ガソリンの濃度は０〜１００％、水の濃度は０〜７％程度であることが期待される。
【００１２】
図１に示すように、濃度検出装置１００は、要部として、赤外光源１０と、筐体３０と、算出部５０と、制御部７０と、を有する。赤外光源１０から照射された検査光が、筐体３０及び筐体３０内に配置された被検出対象を介して算出部５０に入射される。算出部５０は、入射した検査光とその検査光が被検出対象を透過した長さに相当する光路長とに基づいて、被検出対象の濃度を算出する。制御部７０は、筐体３０の一部を変形することで光路長を制御するが、この光路長の制御が、本実施形態に係る濃度検出装置１００の特徴点である。以下においては、図１に破線矢印で示す検査光の照射方向（赤外光源１０から筐体３０に向かう方向）を、単に、照射方向と示す。
【００１３】
なお、本実施形態に係る濃度検出装置１００は、上記構成要素１０〜７０の他に、光路長検出部９０とハウジング９１を有する。光路長検出部９０の出力信号が、算出部５０と制御部７０に入力され、ハウジング９１内に、赤外光源１０、筐体３０、算出部５０の一部、及び、制御部７０の一部が設けられる。以下、各構成要素について説明する。
【００１４】
赤外光源１０は、赤外線を含む検査光を照射するものである。
【００１５】
筐体３０は、検査光に含まれる赤外線を透過する材料で形成され、内部に被検出対象が配置されるものである。具体的に言えば、筐体３０は、検査光に含まれる赤外線を透過する半導体（例えばシリコン）によって形成されている。図２に示すように、筐体３０は、２枚の半導体基板３１，３２が張り合わされて成り、２枚の半導体基板３１，３２の対向面（内面）間に空洞が形成されている。この空洞内に被検出対象が供給（配置）され、この空洞が被検出対象によって満たされる。したがって、空洞の形状が変化すると、それに伴って、空洞内に配置された被検出対象の形状も変わるようになっている。
【００１６】
第１半導体基板３１は、外面が赤外光源１０と対向する第１対向壁部であり、赤外光源１０から照射された検査光が入射する入射壁部３３と、局所的に厚さの薄くなった薄肉部３４と、第２半導体基板３２と連結するための第１連結壁部３５と、から成る。入射壁部３３の周囲が薄肉部３４によって囲まれ、薄肉部３４の周囲が第１連結壁部３５によって囲まれている。そして、入射壁部３３の外面と内面それぞれに、特定波長の入射光を吸収するための凹凸（モスアイ構造）が形成されている。
【００１７】
第２半導体基板３２は、外面が算出部５０と対向する第２対向壁部であり、被検出対象を透過した検査光が出射される出射壁部３６と、薄肉部３４と所定の空間を介して対向する壁部３７と、第１半導体基板３１と連結するための第２連結壁部３８と、から成る。出射壁部３６の周囲が壁部３７によって囲まれ、壁部３７の周囲が第２連結壁部３８によって囲まれている。そして、出射壁部３６の外面と内面それぞれに、特定波長の入射光を吸収するための凹凸（モスアイ構造）が形成されている。
【００１８】
入射壁部３３と出射壁部３６との間には所定の空間が構成され、この空間に被検出対象が配置される。したがって、入射壁部３３を透過した光は、入射壁部３３と出射壁部３６との間に配置された被検出対象と出射壁部３６とを介して、筐体３０の外部に出射される。被検出対象を透過した検査光は、被検出対象に含まれる各成分によって吸収され、その強度が低減される。
【００１９】
上記したように、筐体３０の空洞が被検出対象によって満たされる。そのため、入射壁部３３と出射壁部３６との間の距離が変化すると、それに伴って、入射壁部３３と出射壁部３６との間に配置された被検出対象の長さも変化する。この入射壁部３３と出射壁部３６との間の距離が、被検出対象を透過する検査光の光路長に相当し、制御部７０によって制御される。上記したように、被検出対象を透過すると、検査光の強度は低減されるが、この強度の低減量は、被検出対象の光路長に比例する。したがって、光路長が長くなればなるほど、被検出対象の強度は低減される。なお、もちろんではあるが、検査光の強度の低減量は、被検出対象の濃度にも比例する。
【００２０】
算出部５０は、筐体３０及び筐体３０内の被検出対象を透過した検査光を検出し、検出した検査光とその検査光の光路長とに基づいて、被検出対象の濃度を算出するものである。算出部５０は、入射する検査光を分光する分光器５１と、分光器５１によって分光された検査光の強度を検知する（電気信号に変換する）検知器５２と、検知器５２の出力信号を増幅する増幅回路５３と、増幅回路５３の出力信号と光路長とに基づいて、被検出対象の濃度を算出するための演算を行う演算部５４と、を有する。図１に示すように、増幅回路５３の出力信号は、演算部５４だけではなく、後述する供給部７２にも出力される。そして、演算部５４は、上記した機能だけではなく、分光器５１の分光する波長領域を制御する機能も果たす。なお、上記したように、濃度の算出は演算部５４にて行われるが、それについては、後述する。
【００２１】
制御部７０は、筐体３０の一部を変形することで、光路長を制御するものである。本実施形態に係る制御部７０は、筐体３０に応力を印加して、筐体３０の一部を連続的に変形させることで、光路長を連続的に制御する。制御部７０は、電流の供給によって圧力を発生する圧電素子７１と、該圧電素子７１に電流を供給する供給部７２と、を有する。圧電素子７１は、薄肉部３４の外面に形成されており、供給部７２から電流が印加されると、その電流の強さと流れ方向とに応じた圧力を発生する。詳しく言えば、圧電素子７１は、照射方向、若しくは、照射方向とは反対の方向に圧力を発生する。この圧電素子７１にて発生された圧力によって、薄肉部３４の形状が変化し、入射壁部３３が照射方向、若しくは、その反対の方向に変位する。この結果、入射壁部３３と出射壁部３６との間の距離（光路長）が増減する。
【００２２】
本実施形態に係る圧電素子７１は、遮光性を有し、この圧電素子７１に開口部７１ａが形成されている。赤外光源から照射された検査光は、開口部７１ａを介して、入射壁部３３に入射する。本実施形態では、圧電素子７１が、薄肉部３４の外面だけではなく、第１連結壁部３５の外面にも形成されている。これは、第１連結壁部３５に圧力を印加するためではなく、第１半導体基板３１の入射壁部３３以外に検査光が入射することを抑制するためである。
【００２３】
本実施形態に係る供給部７２は、増幅回路５３及び光路長検出部９０それぞれの出力信号に基づいた電流を圧電素子７１に供給する。供給部７２は、増幅回路５３の出力信号（以下、センサ出力と示す）に基づいて、検出された検査光の強度が、測定に適しているか否かを判定し、光路長検出部９０の出力信号に基づいて、狙い通りに光路長が制御できているかを判定する。
【００２４】
また、本実施形態に係る供給部７２は、濃度を検出する際に、徐々に電流を流すことで、光路長を連続的に変化させる。こうすることで、図１５に示す、光路長に対するセンサ出力（検出された検査光の強度）のグラフを得る。
【００２５】
光路長検出部９０は、歪みゲージ９２と、光路長検出回路９３と、を有する。図２に示すように、歪みゲージ９２は、薄肉部３４に形成されており、圧電素子７１によって生じた薄肉部３４の歪みが歪みゲージ９２によって電気信号に変換される。入射壁部３３の変位量（光路長の変化量）は、薄肉部３４の歪み量に比例し、歪みゲージ９２の出力信号も、薄肉部３４の歪み量に比例する。これにより、光路長検出回路９３は、歪みゲージ９２の出力信号の変化量に基づいて、光路長の変化量を検出する。その検出した信号が、演算部５４と供給部７２それぞれに供給される。
【００２６】
次に、本実施形態に係る濃度検出装置１００の筐体３０の製造方法を図３〜図１３に基づいて説明する。先ず、図３〜図９に基づいて、第２半導体基板３２の製造方法を説明した後に、図１０〜図１３に基づいて、第１半導体基板３１と圧電素子７１の製造方法を説明する。そして、最後に、筐体３０の製造方法を示す。なお、以下においては、加工前と加工後とを区別するために、加工前の第１半導体基板３１を半導体基板３１ａ、加工前の第２半導体基板３２を半導体基板３２ａと示す。
【００２７】
先ず、図３に示すように、半導体基板３２ａを準備する。以上が準備工程である。
【００２８】
該準備工程後、図４に示すように、半導体基板３２ａに、初期光路長を規定するための溝を形成する。これによって、半導体基板３２ａが、おおよそ、出射壁部３６と、壁部３７と、第２連結壁部３８と、に区画される。以上が、溝形成工程である。
【００２９】
該溝形成工程後、図５に示すように、出射壁部３６の外面と内面それぞれに、特定波長の入射光を吸収するための凹凸（モスアイ構造）を形成する。以上が、モスアイ構造形成工程である。以上の工程を経ることで、第２半導体基板３２が製造される。
【００３０】
なお、このモスアイ構造形成工程は、図６〜図９に示す各工程から成る。すなわち、モスアイ構造形成工程は、第１マスクパターニング工程と、第１エッチング工程と、第２マスクパターニング工程と、第２エッチング工程と、から成る。
【００３１】
第１マスクパターニング工程では、図６に示すように、凹凸（モスアイ構造）を形成するための第１マスク４０を半導体基板３２ａの外面に形成する。この後、図７に示すように、第１エッチング工程にて、第１マスク４０から露出された半導体基板３２ａの外面をエッチングして、第１マスク４０を除去する。こうすることで、半導体基板３２ａの外面に、凹凸（モスアイ構造）を形成する。この後、図８に示すように、第２マスクパターニング工程にて、半導体基板３２ａの内面に、凹凸（モスアイ構造）を形成するための第２マスク４１を形成する。最後に、図９に示すように、第２エッチング工程にて、第２マスク４１から露出された半導体基板３２ａの内面をエッチングして、第２マスク４１を除去する。こうすることで、半導体基板３２ａの内面に、凹凸（モスアイ構造）を形成する。
【００３２】
次に、第１半導体基板３１と圧電素子７１の製造方法を説明する。先ず、図１０に示すように、半導体基板３１ａを準備する。以上が準備工程である。
【００３３】
該準備工程後、図１１に示すように、半導体基板３１ａの外面に、圧電素子７１を形成する。以上が、圧電素子形成工程である。
【００３４】
該圧電素子形成工程後、図１２に示すように、半導体基板３１ａの内面からエッチングして、局所的に厚さの薄い部位を形成する。これによって、半導体基板３１ａが、入射壁部３３と、薄肉部３４と、第１連結壁部３５と、に区画される。以上が、薄肉部形成工程である。
【００３５】
該薄肉部形成工程後、図１３に示すように、出射壁部３６の外面と内面それぞれに、特定波長の入射光を吸収するための凹凸（モスアイ構造）を形成する。以上が、モスアイ構造形成工程である。以上の工程を経ることで、第１半導体基板３１と圧電素子７１が製造される。なお、図１３に示すモスアイ構造形成工程は、図６〜図９に示す各工程と同等なので、その記載を省略する。また、歪みゲージ９２の形成については、特に言及していなかったが、薄肉部形成工程後であれば、いつ行っても良い。
【００３６】
最後に、筐体３０の製造方法を説明する。先ず、上記した各工程を経て製造された半導体基板３１，３２それぞれを、真空雰囲気下に配置し、連結壁部３５，３８それぞれの内面の表層を除去して、結合手を露出させる。そして、連結壁部３５，３８それぞれの内面を接触させて、結合手を結合させることで、半導体基板３１，３２それぞれを直接接合する。以上が、直接接合工程である。これにより、図２に示す筐体３０が製造される。
【００３７】
次に、本実施形態に係る濃度検出装置１００の検出原理を図１４及び図１５に基づいて説明する。図１４及び図１５それぞれの横軸は光路長を示し、縦軸はセンサ出力（検出された検査光の強度）を示している。縦軸は、被検出対象を検査光が透過しなかった場合、すなわち、被検出対象によって検査光に含まれる特定波長成分が吸収されなかった場合におけるセンサ出力を１．０として規格化している。したがって、縦軸の単位は任意単位である。また、横軸は、光路長が変化されなかった場合、すなわち、制御部７０によって薄肉部３４が変形されなかった場合における光路長を０．０としている。横軸の単位はｍである。
【００３８】
上記したように、赤外光源１０から照射された検査光は、筐体３０及び筐体３０内に配置された被検出対象を介して算出部５０に入射される。被検出対象を透過した検査光は、被検出対象に含まれる成分によって吸収され、その強度が低減する。この強度の低減量は、被検出対象の濃度と光路長とに比例する。したがって、被検出対象の濃度が薄い場合、検出される検査光の強度変化（センサ出力の変化量）が算出部５０の分解能よりも大きくなるように、光路長を長くする必要がある。反対に、被検出対象の濃度が濃い場合、被検出対象の強度変化が大きくなりすぎた結果、検出される検査光の強度（センサ出力）が算出部５０の分解能よりも小さくならないように、光路長を短くする必要がある。
【００３９】
被検出対象が複数の成分から成り、各成分の濃度が異なる場合、各成分を測定するのに適した光路長（センサ出力の変化量が算出部５０の分解能よりも大きくなり、且つ、センサ出力が算出部５０の分解能よりも小さくならない光路長）を選択する必要がある。しかしながら、ある一つの成分に適した光路長は、他の成分にとって適した光路長であるとは限らない。
【００４０】
上記したように、本実施形態に係る披検出対象は、エタノール、ガソリン、及び、水の少なくとも１つを含む混合液体であり、エタノールの濃度は０〜１００％、ガソリンの濃度は０〜１００％、水の濃度は０〜７％程度であることが期待される。図１４に、これら３つの成分それぞれが、最大濃度の場合に検出されるセンサ出力の光路長に対する依存性を実線で示し、最小濃度の場合に検出されるセンサ出力の光路長に対する依存性を破線で示す。図１４に一点鎖線で示すように、算出部５０の分解能は１．０×１０−３となっているが、この分解能よりも、センサ出力の変化量、及び、センサ出力が上の場合に、各成分が検出可能となる。図１４に二点差線と実線矢印で示すように、エタノールの場合、光路長がおよそ１．０×１０−６〜５．０×１０−４ｍの場合に検出可能であり、ガソリンの場合、光路長がおよそ０．８×１０−５〜１．０×１０−４ｍの場合に検出可能であり、水の場合、光路長がおよそ３．０×１０−４〜１．０×１０−３ｍの場合に検出可能となっている。このように、エタノール、ガソリン、及び、水それぞれの検出可能範囲は異なるため、それぞれに適した光路長にて検出する必要がある。
【００４１】
これに対して、本実施形態では、圧電素子７１に電流を徐々に流すことで、光路長を連続的に変化させ、この光路長が連続的に変化した際の検査光を検出する。これによって得られたデータを図１５に示す。図１５に示す実線は、被検出対象に含まれる１成分の光路長に対するセンサ出力を示しており、各線の濃度は異なる。このように、濃度が異なると、光路長に対するセンサ出力が変化し、この成分を測定するのに適した光路長も変化する。しかしながら、図１５に示すように、検出した検査光の強度（センサ出力）が一定値の場合の光路長を検出することで、その成分の濃度がいかように変化しようとも、その成分を測定するのに適した光路長におけるセンサ出力を検出することができる。
【００４２】
上記説明では、１成分に対して述べたが、本実施形態では、上記した操作を、成分毎に行う。こうすることで、各成分の濃度が異なる場合であっても、各成分を測定するのに適した光路長を選択することが可能となる。なお、図１５に示す一定値は、８．０×１０−１であり、これは、被検出対象によって、２．０×１０−１だけセンサ出力が変化したことを示す値である。このセンサ出力の変化値は、算出部５０で検出できる値であり、且つ、検知器５２にて生じる熱ノイズよりも十分に高い値である。すなわち、検査可能範囲内の値であり、Ｓ／Ｎ比の高い値である。ちなみに、一定値は、Ｓ／Ｎ比が高いだけではなく、センサ出力の光路長に対する傾きが線形領域である値が採用される。
【００４３】
演算部５４は、上記方法にて得られたセンサ出力と光路長とに基づいて、被検出対象の濃度を算出するための演算を行う。詳しく言えば、センサ出力をＩ、光路長の変化がゼロの時のセンサ出力をＩ０、吸収係数をα、濃度をｎ、光路長をｌとすると、ｎ＝−｛ｌｏｇ（（Ｉ０−Ｉ）／Ｉ０）｝／（αｌ）という演算を行うことで、濃度を算出する。この式は、ランベルト・ベールの法則から容易に得られる。ちなみに、光路長の変化がゼロの時のセンサ出力Ｉ０及び吸光係数αは、予め、算出部５０（演算部５４）に記憶されている。
【００４４】
次に、本実施形態に係る濃度検出装置１００の作用効果を説明する。上記したように、筐体３０の一部（薄肉部３４）を変形することで、光路長を制御している。これによれば、長さの異なる複数の長手部材を有する光路体を回転させる構成と比べて、回転させるためのスペースを確保しなくともよい。そのため、濃度検出装置１００の体格の増大が抑制される。
【００４５】
制御部７０は、筐体３０の一部（薄肉部３４）を連続的に変形させることで、光路長を連続的に制御する。これによれば、光路長が不連続的に制御される構成と比べて、被検出対象を測定するのに最適な光路長を選択することができる。なお、光路長を連続的に制御する構成としては、長さが連続的に変化された複数の長手部材を有する光路体を回転させる構成も考えられる。しかしながら、この構成の場合、多くの長手部材を有さなくてはならず、光路体の体格の増大が懸念される。したがって、本実施形態に係る濃度検出装置１００は、上記した比較構成と比べて、体格の増大が抑制される。
【００４６】
遮光性を有する圧電素子７１が、薄肉部３４と第１連結壁部３５それぞれの外面に形成され、圧電素子７１に開口部７１ａが形成されている。これによれば、開口部７１ａがアパーチャとしての機能を果たし、入射壁部３３だけを介した検査光が、筐体３０内に入射する。したがって、第１半導体基板３１における入射壁部３３を除く壁部（薄肉部３４、第１連結壁部３５）を介して入射した検査光が、算出部５０に入射することが抑制される。これにより、ノイズの増大が抑制される。
【００４７】
被検出対象は、液体である。これによれば、被検出対象が気体である場合と比べて、被検出対象の濃度が高いので、少し光路長を変化させるだけで、検査光を効果的に低減することができる。そのため、光路長を大きく変化させるために筐体３０の体格を大きくしておかなくともよく、筐体３０の形成材料として、半導体基板を採用することができる。これにより、筐体３０の体格の増大が抑制され、濃度検出装置１００の体格の増大が抑制される。
【００４８】
光路長を連続的に変化させ、その連続的に変化した際の検査光を検出する。そして、センサ出力が一定値の場合の光路長を検出する。これを、成分毎に行う。こうすることで、各成分の濃度が異なる場合であっても、各成分を測定するのに適した光路長を選択することが可能となっている。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００５０】
本実施形態では、センサ出力が一定値の場合の光路長を検出し、この検出した光路長とセンサ出力とに基づいて、被検出対象の濃度を算出した例を示した。しかしながら、これとは異なる方法にて、被検出対象の濃度を算出することもできる。
【００５１】
ランベルト・ベールの法則により、Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−αｎｌ）が成立する。これをｌについて微分すると、ｄＩ／ｄｌ＝−αｎＩ０ｅｘｐ（−αｎｌ）となる。これら二式より、ｎ＝（ｄＩ／ｄｌ）／（−αＩ）と表される。したがって、濃度を検出するためには、センサ出力と、そのセンサ出力の光路長に対する微分値（変化量）とが分かればよい。これによれば、光路長の変化がゼロの場合のセンサ出力Ｉ０を予め検出しておく必要がなくなる。したがって、この強度Ｉ０を検出した後、例えば、光路に汚れが附着したために、検出しておいた強度Ｉ０が変動し、濃度の検出精度が低下する、という不具合が生じることが抑制される。
【００５２】
なお、センサ出力と、そのセンサ出力の光路長に対する微分値（変化量）とを得るためには、図１６に示すように、制御部７０によって光路長を連続的に変化させ、その連続的に変化させた際における、センサ出力を複数点検出する。図１６では、１つの微分値を得るために５点検出し、最小二乗法を用いて、センサ出力に対する微分値（変化量）を検出している。こうすることで、外乱の影響が抑制され、濃度の検出精度の低下も抑制される。ちなみに、上記式に表される光路長ｌは、５点検出したセンサ出力の内、真ん中（３点目）のセンサ出力に対応する光路長である。
【００５３】
本実施形態では、圧電素子７１にて発生された圧力によって、第１半導体基板３１の薄肉部３４の形状が変化されることで、光路長が制御される例を示した。しかしながら、図１７に示すように、第２半導体基板３２の壁部３７が、薄肉部３４と同等にして局所的に厚さが薄くなり、この壁部３７に圧電素子７１が形成された構成を採用することもできる。これによれば、薄肉部３４と壁部３７それぞれの形状を変形させることで、光路長を制御することができる。なお、図示しないが、壁部３７の形状だけを変化させることで、光路長を制御する構成を採用することもできる。
【００５４】
本実施形態では、薄肉部３４に圧電素子７１が形成された例を示した。しかしながら、薄肉部３４の形状を変形させることで、光路長を制御する構成としては、上記例に限定されない。例えば、図１８に示すように、薄肉部３４に第１半導体基板３１とは線膨張係数の異なる金属配線７３を設けた構成を採用することもできる。この金属配線７３に電流を流して発熱させ、金属配線７３と薄肉部３４との線膨張係数差によって生じる熱応力によって、薄肉部３４の形状を変化させても良い。若しくは、図１９に示すように、薄肉部３４と壁部３７それぞれに不純物を添加して、この不純物の添加された領域に電圧を印加して、静電気力を発生させることで、薄肉部３４の形状を変化させても良い。なお、図１８及び図１９では、第１半導体基板３１の外面に遮光膜７４が形成されている。そのため、赤外光源から照射された検査光は、遮光膜７４の開口部７４ａを介して、入射壁部３３に入射する。
【００５５】
本実施形態では、光路長検出部９０は、歪みゲージ９２と、光路長検出回路９３と、を有し、光路長検出回路９３は、歪みゲージ９２の出力信号に基づいて、光路長の変化量を検出する例を示した。しかしながら、図示しないが、光路長検出部９０は、歪みゲージ９２の代わりに、薄肉部３４と壁部３７それぞれに形成された電極を有し、光路長検出回路９３は、これら電極間の静電容量変化に基づいて、光路長の変化量を検出しても良い。若しくは、光路長検出部９０は、歪みゲージ９２の代わりに、薄肉部３４に形成された圧電薄膜を有し、光路長検出回路９３は、圧電薄膜の出力信号に基づいて、光路長の変化量を検出しても良い。
【００５６】
本実施形態では、半導体基板３１，３２それぞれの形成材料について特に言及していなかったが、形成材料としては、シリコン基板やＳＯＩ基板を採用することができる。
【００５７】
本実施形態では、半導体基板３１，３２それぞれが直接接合される例を示した。しかしながら、半導体基板３１，３２それぞれの接合としては、上記例に限定されない。接合方法としては、耐久性が高く、被検出対象（液体）が筐体３０内から漏れない方法であれば、適宜採用することができる。例えば、低融点ガラスでの接合などを採用することもできる。
【００５８】
本実施形態では、披検出対象は、エタノール、ガソリン、及び、水の少なくとも１つを含む混合液体である例を示した。しかしながら、被検出対象としては、上記例に限定されない。被検出対象としては、液体に限らず、気体でもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０・・・赤外光源
３０・・・筐体
３３・・・入射壁部
３６・・・出射壁部
５０・・・算出部
７０・・・制御部
１００・・・濃度検出装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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