(57)【要約】【課題】  十分に小型化されたものとして構成することができると共に、所要のガス検知を高い信頼性をもって行うことのできる反射型赤外線ガス検知器を提供すること。【解決手段】  反射型赤外線ガス検知器は、平坦な回路基板と、この回路基板の一面において支持された点滅型の赤外線光源と、この赤外線光源と並ぶ位置において前記回路基板の一面において支持された赤外線センサと、前記回路基板の一面において支持された、前記赤外線光源から放射される赤外線を反射して前記赤外線センサに入射させる反射器とが一の構造体として構成されたセンサユニットを備え、当該センサユニットは、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器がガス導入空間内に位置された状態で、設けられている。反射器は、赤外線センサの直上の位置に配置され、赤外線光源から放射される赤外線を反射して赤外線センサに対して垂直方向から入射させる構成とされていることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な回路基板と、この回路基板の一面において支持された点滅型の赤外線光源と、この赤外線光源と並ぶ位置において前記回路基板の一面において支持された赤外線センサと、前記回路基板の一面において支持された、前記赤外線光源から放射される赤外線を反射して前記赤外線センサに入射させる反射器とが一の構造体として構成されたセンサユニットを備えてなり、
当該センサユニットは、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器が被検ガスが導入されるガス導入空間内に位置された状態で、設けられていることを特徴とする反射型赤外線ガス検知器。
【請求項２】
反射器は、赤外線センサの直上の位置に配置されており、赤外線光源から放射される赤外線を反射して、当該反射光を赤外線センサに対して垂直方向から入射させることを特徴とする請求項１に記載の反射型赤外線ガス検知器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型赤外線ガス検知器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば二酸化炭素ガスの濃度を非分散型赤外線吸収法を利用して検知する赤外線ガス検知器としては、種々の構成のものが提案されており、このような赤外線ガス検知器のある種のものは、細長い形態を有する、被検ガスが導入されるガス導入空間を形成するガスセルを備え、このガスセル内における両端位置に、赤外線光源と赤外線センサとが互いに対向して配置されている。
このような構成の赤外線ガス検知器においては、赤外線光源より放射される赤外線が例えば光チョッパなどによって周期的に赤外線センサに供給されることにより持続的な出力信号が得られ、被検ガスの導入によって赤外線センサに受光される赤外線量が低下することによる出力信号の振幅の減少割合に応じて、二酸化炭素ガスの濃度が算出される。
【０００３】
例えば自動車の車室内における環境を快適な状態に保つことを目的として、空調機の冷媒（二酸化炭素ガス）の漏洩の有無や、自動車の車室内の二酸化炭素ガスの濃度を監視するために、非分散型赤外線吸収法を利用した赤外線ガス検知器を車室内に搭載する試みがなされている。
而して、上記のような赤外線ガス検知器を自動車の車室内に搭載して使用するためには、十分に小型のものとして構成することが必要とされる。また、赤外線ガス検知器を小型のものとして構成する場合には、感度の低下を防止するために、赤外線光源から赤外線センサに至る光路長を十分に確保することが必要とされる。
【０００４】
このような要請に対して、赤外線光源からの赤外線を反射鏡によって反射して赤外線センサに入射させる構成の赤外線ガス検知器が提案されており、このような反射構造を採用することによって、目的とするガス検知を行うために必要とされる十分な大きさの光路長を確保することができるとされている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１８４８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、十分な大きさの光路長を確保するために、単に反射構造を採用するだけでは、例えば光学系の調整が困難である、あるいは、通常、赤外線センサには、特定の波長域の光に対してのみ高い透過率を有する光学フィルタが設けられているが、反射光の赤外線センサに対する入射角が変化することがあり、入射角の大きさが変化することによって透過波長域が変化（シフト）する結果、所要のガス検知を確実に行うことができない、などの問題が生ずる。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、十分に小型化されたものとして構成することができると共に、所要のガス検知を高い信頼性をもって行うことのできる反射型赤外線ガス検知器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】
本発明の反射型ガス赤外線検知器は、平坦な回路基板と、この回路基板の一面において支持された点滅型の赤外線光源と、この赤外線光源と並ぶ位置において前記回路基板の一面において支持された赤外線センサと、前記回路基板の一面において支持された、前記赤外線光源から放射される赤外線を反射して前記赤外線センサに入射させる反射器とが一の構造体として構成されたセンサユニットを備えてなり、
当該センサユニットは、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器が被検ガスが導入されるガス導入空間内に位置された状態で、設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の反射型赤外線ガス検知器においては、反射器は、赤外線センサの直上の位置に配置されており、赤外線光源から放射される赤外線を反射して、当該反射光を赤外線センサに対して垂直方向から入射させる構成とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の反射型赤外線ガス検知器によれば、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器が同一の回路基板上に所定の位置関係を満足する状態で取り付けられて、一の構造体であるセンサユニットとしてコンパクトにまとめられた構成とされているので、ガス検知器全体を小型のものとして構成することができる。
しかも、赤外線光源から放射される赤外線を反射器によって反射して赤外線センサに入射させる反射構造を採用していることにより、目的とする検知対象ガスについてのガス検知を行うために必要とされる十分な大きさの光路長を確保することができるので、所要のガス検知を高い信頼性をもって行うことができる。
また、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器が同一の回路基板上に支持されていることにより、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器の三者の位置関係が固定された状態とされるので、例えばセンサユニットの装着状態等に関わらず、所要のガス検知を安定して行うことができると共に、光学系の調整を極めて容易に行うことができる。
【００１０】
また、反射器による反射光が赤外センサに対して垂直方向から入射される構成とされていることにより、当該反射光の赤外センサに対する入射角を安定させることができるので、赤外線センサにおける光学フィルタの透過波長域が変化することを抑制することができる結果、所要のガス検知を一層高い信頼性をもって行うことができる。
さらに、赤外線光源からの赤外線を垂直方向に反射することができる構成とされていればよいので、利用可能な反射器の選択の自由度が高くなると共に、反射器の反射特性による赤外線光源および赤外線センサの配置位置に対する制限がなくなるので、このような理由からも、ガス検知器の小型化が図りやすくなると共に、光学系の調整を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の反射型赤外線ガス検知器の一例における構成の概略を示す縦断面図、図２は、図１に示す反射型赤外線ガス検知器におけるセンサユニットの構成を、一部を破断した状態において示す平面図、図３は、図２に示すセンサユニットの拡大断面図、図４は、センサユニットを構成する反射器の構成を示す平面図、図５は、図４におけるＡ−Ａ断面図である。
この反射型赤外線ガス検知器１０は、全体が略細長い中空柱状の本体ケース１１と、赤外線光源２２、反射器２５および赤外線センサ２３が同一の回路基板２１に取り付けられて一の構造体として構成されたセンサユニット２０とを備えている。
【００１３】
本体ケース１１における一面（図１において上面）には、長手方向に対して垂直な方向（図１において上方向）に突出して伸びる円筒状部分１２が形成されている。
円筒状部分１２の内部空間は、本体ケース１１の内部空間と連通しており、円筒状部分１２の一端開口が、被検ガスが自然拡散により導入されるガス導入口１５として構成されている。
この円筒状部分１２の一端部における内面には、径方向内方に突出する段部１３が周方向の全周にわたって形成されている。
【００１４】
センサユニット２０は、平坦な回路基板２１と、この回路基板２１の一面において支持された点滅型の赤外線光源２２と、この赤外線光源２２と並ぶ位置において回路基板２１の一面において支持された赤外線センサ２３と、回路基板２１の一面において支持された、赤外線光源２２から放射される赤外線を反射して赤外線センサ２３に入射させる反射器２５とを備えている。
【００１５】
回路基板２１は、赤外線光源２２を点滅駆動させる駆動回路と、赤外線センサ２３からの出力信号に基づいて検知対象ガスの濃度を算出する演算回路とを有する。
【００１６】
赤外線光源２２は、例えばコイルフィラメントを備えたランプよりなり、回路基板２１の一面において支持された高さ調整用のスペーサ部材２４によって下方から支持された状態で、コイルフィラメントに対する給電部材２２Ａの端部が回路基板２１の他面において例えばハンダ付けされて固定されている。コイルフィラメントの形状は、特に制限されるものではなく、例えば一重コイルおよび二重コイルのいずれであってもよく、また、コイル軸が直線的に延びる形態であっても、弧状に湾曲した状態で延びる形態であってもよい。
この赤外線光源２２は、回路基板２１によって、例えば１Ｈｚの周期で、すなわち０．５秒間点灯した後、０．５秒間消灯するよう、点滅駆動される。
【００１７】
赤外線センサ２３は、背の低い円柱状のものであって、回路基板２１の一面において赤外線光源２２と互いに長手方向に並んだ状態、具体的には、赤外線光源２２を構成するランプにおけるコイルフィラメントのコイル軸が延びる方向に並んだ状態で、配置されており、回路基板２１の他面において例えばハンダ付けされて固定されている。
赤外センサ２３は、検知対象ガスが吸収する赤外線に対してのみ高い透過率を有するバンドパスフィルター（図示せず）を備えている。
【００１８】
反射器２５は、例えば凹面状の反射面２６Ａを有する集光性凹面鏡よりなる反射ミラー２６と、この反射ミラー２６の両端部を支持する一対の板状の支持部材２７とにより構成されている。
この反射器２５は、反射ミラー２６が赤外センサ２３の直上に位置された状態で、配置されており、支持部材２７の他端に形成された舌片状の固定用脚部２７Ａが回路基板２１の他面において固定されている。これにより、赤外線光源２２から回路基板２１の一面に沿って放射された赤外線が反射ミラー２６によって反射されて赤外線センサ２３に対して垂直方向から入射される構成とされている。
【００１９】
このセンサユニット２０には、回路基板２１の一面において、本体ケース１１の円筒状部分１２の内形形状に適合する外形形状を有する円筒状のスリーブ部材３０が、赤外線光源２２、赤外線センサ２３および反射器２５の周囲を囲うよう、配設されている。
【００２０】
この反射型赤外線ガス検知器１０においては、センサユニット２０は、回路基板２１がガス導入口２５に対向して本体ケース１１の長手方向に沿って延びるよう配設されると共にこの回路基板２１の一面上に支持されたスリーブ部材３０が本体ケース１１の円筒状部分１２の内部に嵌合されて、本体ケース１１に装着されている。本体ケース１１の内部における回路基板２１の他面側は、配線用空間１８とされている。
そして、本体ケース１１の円筒状部分１２の内径と同等の大きさの直径を有する円板状のガス透過性ダストフィルタ３５が、その外周縁部分の一面が円筒状部分１２の段部１３に係止されると共に、他面がスリーブ部材３０の一端面によって支持された状態で、設けられており、これにより、スリーブ部材３０の内面およびガス透過性ダストフィルタ３５によって被検ガスが導入されるガス導入空間Ｓが形成されている。
従って、この反射型赤外線ガス検知器１０においては、赤外線光源２２、赤外線センサ２３および反射器２５がガス導入空間Ｓ内に配置された状態とされており、赤外線光源２２から反射器２５に至る光源側赤外線光路Ｉａおよび反射器２５から赤外線センサ２３に至るセンサ側赤外線光路Ｉｂがガス導入空間Ｓ内に位置されている。
ここに、ガス透過性ダストフィルタ３５は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）−ＰＥ（ポリエチレン）の複合繊維の不職布よりなり、例えば粒径が５μｍ以上の塵埃等の粒子を捕捉可能なものが用いられている。
【００２１】
以上のような構成の反射型赤外線ガス検知器１０における一数値例を挙げると、赤外線光路の全光路長が例えば１１ｍｍであり、光源側赤外線光路Ｉａの光路長の大きさＬａが例えば８ｍｍ、センサ側赤外線光路Ｉｂの光路長の大きさＬｂが例えば３ｍｍである。ここに、例えば濃度が０〜２体積％（ｖｏｌ％）程度の二酸化炭素ガスの検知を行うに際して必要とされる光路長の大きさは、少なくとも例えば１０ｍｍ以上である。
また、スリーブ部材３０は、例えば、内径が１６．４ｍｍ、外径が１７．４ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍのものであって、ガス導入用空間Ｓの内容積の大きさが２．２４ｃｃとなる長さを有する。
赤外線光源２２を構成するランプは、例えば、定格電圧値が５Ｖ、定格電流値が０．１１５Ａ、ランプ高さが１０ｍｍであるものである。
【００２２】
上記構成の反射型赤外線ガス検知器１０においては、赤外線光源２２が点滅周期が回路基板２１によって所定の周期に制御された状態で点滅駆動されることにより、赤外線光源２２から例えば回路基板２１の一面に沿った方向に放射される赤外線は、反射器２５における反射ミラー２６によって１回反射されて、その反射光が赤外線センサ２３に対して垂直方向から入射される。
この状態において、被検ガスが、自然拡散によって、ガス導入用開口１５からガス透過性ダストフィルタ３５を介してガス導入空間Ｓ内に導入されて、目的とする検知対象ガス（特定ガス成分）の濃度測定が行われる。すなわち、検知対象ガスが被検ガスに含まれている場合には、赤外線が検知対象ガスによって吸収されることに伴って赤外線センサ２３によって検出される赤外線量が減衰し、その程度に応じたガス濃度が回路基板２１によって算出され、その結果が、例えば外部出力機器や出力表示器等に出力される。
【００２３】
而して、上記構成の反射型赤外線ガス検知器１０によれば、赤外線光源２２、赤外線センサ２３および反射器２５が同一の回路基板２１上に所定の位置関係を満足する状態で取り付けられて、一の構造体であるセンサユニット２０としてコンパクトにまとめられた構成とされているので、反射型赤外線ガス検知器１０全体を小型のものとして構成することができる。
しかも、赤外線光源２２から放射される赤外線を反射器２５によって反射して赤外線センサ２３に入射させる反射構造を採用していることにより、目的とする検知対象ガスについてのガス検知を行うために必要とされる十分な大きさの光路長を確保することができるので、所要のガス検知を高い信頼性をもって行うことができる。
また、赤外線光源２２、赤外線センサ２３および反射器２５が同一の回路基板２１によって支持されていることにより、赤外線光源２２、赤外線センサ２３および反射器２５の三者の位置関係が固定された状態とされるので、例えば本体ケース１１に対するセンサユニット２０の装着状態等に関わらず、所要のガス検知を安定して行うことができると共に、光学系の調整を極めて容易に行うことができる。
【００２４】
また、反射器２５による反射光が赤外線センサ２３に対して垂直方向から入射される構成とされていることにより、当該反射光の赤外線センサ２３に対する入射角を安定させることができるので、赤外線センサ２３における光学フィルタの透過波長域が変化することを抑制することができる結果、所要のガス検知を一層高い信頼性をもって行うことができる。
さらに、赤外線光源２２からの赤外線を垂直方向に反射させることができる構成とされていればよいので、利用可能な反射器２５の選択の自由度が高くなると共に、反射器２５の反射特性による赤外線光源２２および赤外線センサ２３の配置位置に対する制限がなくなるので、このような理由からも、反射型赤外線ガス検知器１０の小型化が図りやすくなると共に、光学系の調整を容易に行うことができる。すなわち、例えば特許文献１に開示されている反射型赤外線ガス検知器のように、凹面反射鏡が用いられている場合には、凹面反射鏡の２つの焦点位置に赤外線光源および赤外線センサを配置することが必要であり、このような条件を満足させるために、ガス検知器全体が大型化するおそれがあるが、本発明によれば、このような問題が生ずることがない。
【００２５】
さらに、本体ケース１１がその一面から突出する円筒状部分１２が形成されたものであり、この円筒状部分１２の内部空間が利用されてガス導入空間Ｓが形成されていることにより、ガス導入口１５を、この実施例のように本体ケース１１の上部位置、あるいは円筒状部分１２の側面位置など、いずれの部分においても形成することができるので、被検ガスを自然拡散により導入する拡散構造のものとして容易に構成することができる。また、この円筒状部分１２のみを測定対象空間、例えば空調機のダクト内に挿入して配置することができるので、反射型赤外線ガス検知器１０の設置作業やメンテナンス作業が容易になるなど、使用上の利便性が高いものとして構成することができる。
さらにまた、赤外線光源２２の動作制御、赤外線センサ２３からの出力信号の処理が単一の回路基板２１によって行われるので、部品点数を減少させることができる結果、構造の簡素化を図ることができると共に、所要の反射型赤外線ガス検知器１０を有利に製造することができる。
【００２６】
本発明の反射型赤外線ガス検知器においては、図６および図７に示すように、センサユニット２０におけるスリーブ部材３０の内部空間において赤外線光源２２を挟んだ反射器２５と反対側の位置に、リフレクタ４０が設けられた構成とされていることが好ましい。  このリフレクタ４０は、例えば断面凹面状の反射面４１を有する樋状のものであって、赤外線光源２２と並行に延びるよう配置されており、下端部が回路基板２１の他面において固定されている。
このような構成の反射型赤外線ガス検知器１０によれば、赤外線光源２３から放射される赤外線を集光して反射器２５が位置される検出光軸方向（図６において右方向）に照射することができ、これにより、赤外線を確実に反射器２５によって反射させて赤外線センサ２３に供給することができるので、所要のガス検知を確実に行うことができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の反射型赤外線ガス検知器においては、反射器は、上記実施例のような構成のものに限定されるものではなく、例えば赤外線光源を臨む面が開口する枠体のものにより構成されていてもよい。
また、反射ミラーは、凹面鏡であっても、平面鏡であってもよく、反射面の表面に、赤外域で高い反射率を示す材質よりなる反射膜が形成されていてもよい。
また、本発明の反射型赤外線ガス検知器においては、検知対象ガスは二酸化炭素ガスに限定されるものではなく、赤外線吸特性を有するガスであれば、いずれのものについても適用することができ、光路長の大きさは、検知対象ガスの種類に応じて適宜に設定変更することができる。
さらに、本発明の反射型赤外線ガス検知器においては、警報器としての機能を備えた構成とされていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の反射型赤外線ガス検知器は、基本的には、十分に小型のものとして構成されたものでありながら、ガス検知に必要な十分な大きさの光路長を確保することができるものであり、しかも、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器の三者が所定の位置関係を満足する状態で同一の回路基板に固定されているので、例えば自動車の車室内の環境を監視するために用いられた場合に、走行中における振動等によっても、赤外線光源、赤外線センサおよび反射器の三者の位置関係が変わることがないので、所要のガス検知を高い信頼性をもって行うことができ、極めて有用なものとなることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の反射型赤外線ガス検知器の一例における構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す反射型赤外線ガス検知器におけるセンサユニットの構成を、一部を破断した状態において示す平面図である。
【図３】図２に示すセンサユニットの拡大断面図である。
【図４】センサユニットを構成する反射器の構成を示す平面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の反射型赤外線ガス検知器の他の例における構成の概略を示す縦断面図である。
【図７】図６に示す反射型赤外線ガス検知器におけるセンサユニットの構成を、一部を破断した状態において示す平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  反射型赤外線ガス検知器
１１  本体ケース
１２  円筒状部分
１３  段部
１５  ガス導入口
１８  配線用空間
２０  センサユニット
２１  回路基板
２２  赤外線光源
２２Ａ  給電部材
２３  赤外線センサ
２４  スペーサ部材
２５  反射器
２６  反射ミラー
２６Ａ  反射面
２７  支持部材
２７Ａ  固定用脚部
３０  スリーブ部材
３５  ガス透過性ダストフィルタ
４０  リフレクタ
４１  反射面
Ｓ  ガス導入空間
Ｉａ  光源側赤外線光路
Ｉｂ  センサ側赤外線光路
【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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