(57)【要約】【課題】小型でエネルギー利用効率が高く、特に被測定ガスが限定されている場合に好適な赤外線式ガス検知装置を提供する。【解決手段】赤外線を放射する赤外線光源１０と、赤外線を感知する赤外線検出素子２０とを、同一パッケージ３０内に備え、赤外線光源１０から赤外線検出素子２０に到る赤外線の光路内に、被測定ガスが導入され、被測定ガスによる赤外線の吸収度合いを赤外線検出素子２０により検出して、被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置１００であって、赤外線光源１０として、発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザを用いた赤外線式ガス検知装置１００とする。【選択図】        図１
2006220625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を放射する赤外線光源と、赤外線を感知する赤外線検出素子とを、同一パッケージ内に備え、
前記赤外線光源から前記赤外線検出素子に到る赤外線の光路内に、被測定ガスが導入され、
前記被測定ガスによる赤外線の吸収度合いを前記赤外線検出素子により検出して、前記被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置であって、
前記赤外線光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザを用いることを特徴とする赤外線式ガス検知装置。
【請求項２】
前記赤外線式ガス検知装置が、赤外線の波長選択フィルタを除去してなることを特徴とする請求項１に記載の赤外線式ガス検知装置。
【請求項３】
前記赤外線式ガス検知装置が、一種類の被測定ガスのみを検知することを特徴とする請求項１または２に記載の赤外線式ガス検知装置。
【請求項４】
前記赤外線光源が、複数の赤外線放射波長ピークを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の赤外線式ガス検知装置。
【請求項５】
前記複数の赤外線放射波長ピークのうち、少なくとも一つの赤外線放射波長ピークが、前記被測定ガスにより吸収されないリファレンス光として用いられることを特徴とする請求項４に記載の赤外線式ガス検知装置。
【請求項６】
前記複数の赤外線放射波長ピークを有する赤外線光源が、一つの光源としてパッケージ化されてなることを特徴とする請求項４または５に記載の赤外線式ガス検知装置。
【請求項７】
前記赤外線光源への印加電圧が時分割され、前記複数の赤外線放射波長ピークが時分割されて放射されることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の赤外線式ガス検知装置。
【請求項８】
前記被測定ガスが、可燃性ガスであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の赤外線式ガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線光源と赤外線検出素子とを備え、光路内に導入された被測定ガスによる赤外線の吸収度合いにより被測定ガスの濃度を検知する、赤外線式ガス検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線光源と赤外線検出素子とを備え、光路内に導入された被測定ガスによる赤外線の吸収度合いにより被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置が、例えば、特開２００１−２２８０８６号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
図４は、特許文献１に開示された赤外線式ガス検知装置９０の構成を示す模式的な断面図である。
【０００４】
図４の赤外線式ガス検知装置９０は、被被測定ガスに赤外線を照射し、所望の波長の赤外線の吸収特性を検出することにより、被測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計である。赤外線式ガス検知装置９０は、光源３、ガスセル２、面方向の位置により異なる波長の赤外線を透過する多波長選択フィルタ４、微調ネジ７、広帯域バンドパスフィルタ６および複数の赤外線検出部５ａ，５ｂを有する赤外線検出素子５を具備している。
【０００５】
図４に示す赤外線の光源３として、従来の赤外線式ガス検知装置においては、通常、放射波長域が広い白熱電球などの熱源が用いられる。
【０００６】
図５は、熱源（白熱電球）からの発光波長分布の一例を示す図である。図５のグラフは、光源（フィラメント）の最高温度を６９０℃として、ウィーンの変位則および黒体放射と波長・温度の関係より算出されたものである。図５のように、熱源（白熱電球）からの光は、連続的な広い放射波長域をもつ光となる。
【０００７】
図４の赤外線式ガス検知装置９０では、赤外線検出素子５と多波長選択フィルタ４が対向配置され、赤外線検出部５ａ，５ｂと対向する多波長選択フィルタ４の位置によって決定される複数の波長の赤外線を透過させて、赤外線検出部５により所望の波長の赤外線の吸収特性を検出する。
【特許文献１】特開２００１−２２８０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４に示す赤外線式ガス検知装置９０は、不特定多種にわたる被測定ガスの検知には適しているが、多波長選択フィルタ４を用いているため、装置が大型化のものとなる。また、赤外線の光源３は、検出対象外の波長も広い放射波長域に亘って常に放射しているため、エネルギーの利用効率が悪い。従って、検出対象が特定ガスに限られる場合には、最適ではない。
【０００９】
そこで本発明は、小型でエネルギー利用効率が高く、特に被測定ガスが限定されている場合に好適な赤外線式ガス検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、赤外線を放射する赤外線光源と、赤外線を感知する赤外線検出素子とを、同一パッケージ内に備え、前記赤外線光源から前記赤外線検出素子に到る赤外線の光路内に、被測定ガスが導入され、前記被測定ガスによる赤外線の吸収度合いを前記赤外線検出素子により検出して、前記被測定ガスの濃度を検知する赤外線式ガス検知装置であって、前記赤外線光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザを用いることを特徴としている。
【００１１】
ＬＥＤおよび半導体レーザは、狭い放射波長域を持った発光素子である。従って、被測定ガスの吸収波長に一致した放射波長域を持つＬＥＤまたは半導体レーザを赤外線光源として利用することで、上記赤外線式ガス検知装置は、従来の熱源（白熱電球）を用いた赤外線式ガス検知装置に較べて、エネルギー利用効率が高い赤外線式ガス検知装置とすることができる。また、ＬＥＤまたは半導体レーザは小型の発光素子であり、これらの赤外線光源と赤外線検出素子とを同一パッケージ内に備えた上記赤外線式ガス検知装置は、小型の赤外線式ガス検知装置とすることができる。
【００１２】
請求項２に記載のように、上記赤外線式ガス検知装置においては、赤外線光源の放射波長域が狭いことから、赤外線の波長選択フィルタを除去することが好ましい。これにより、当該赤外線式ガス検知装置を格段に小型化することができる。
【００１３】
上記赤外線式ガス検知装置は、赤外線光源であるＬＥＤまたは半導体レーザの狭い放射波長域を被測定ガスの吸収波長に一致させる必要があることから、被測定ガスが限定されている場合に適している。特に請求項３に記載のように、上記赤外線式ガス検知装置は、一種類の被測定ガスのみを検知する場合に好適である。
【００１４】
上記赤外線式ガス検知装置においては、赤外線放射波長ピークの異なる複数個のＬＥＤまたは半導体レーザを用いることにより、請求項４に記載のように、前記赤外線光源が、複数の赤外線放射波長ピークを有するように構成することができる。これにより、複数種類の被測定ガスへの対応や、次に示すリファレンス光を用いた測定が可能となる。
【００１５】
請求項５に記載のように、前記赤外線光源が複数の赤外線放射波長ピークを有する構成とした場合には、前記複数の赤外線放射波長ピークのうち、少なくとも一つの赤外線放射波長ピークを、前記被測定ガスにより吸収されないリファレンス光として用いることが好ましい。これにより、ＬＥＤまたは半導体レーザからなる赤外線光源の発光強度を常にモニタすることができ、高精度のガス濃度測定が可能となる。
【００１６】
請求項６に記載のように、前記赤外線光源が複数の赤外線放射波長ピークを有する構成とした場合には、前記複数の赤外線放射波長ピークを有する赤外線光源が、一つの光源としてパッケージ化されてなることが好ましい。これにより、当該赤外線式ガス検知装置を小型化することができる。
【００１７】
請求項７に記載のように、前記赤外線光源が複数の赤外線放射波長ピークを有する構成とした場合には、前記赤外線光源への印加電圧が時分割され、前記複数の赤外線放射波長ピークが時分割されて放射されることが好ましい。これにより、１個の赤外線検出素子を用いて、複数種類のガス測定や、リファレンス光を用いた測定が可能となり、当該赤外線式ガス検知装置を小型化することができる。
【００１８】
請求項８に記載のように、上記赤外線式ガス検知装置においては、ＬＥＤまたは半導体レーザからなる赤外線光源は、従来の白熱電球やヒータ等のように高熱源を利用したものでなく、赤外線放射時も低温であるため、可燃性ガスの測定も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の赤外線式ガス検知装置の一例で、赤外線式ガス検知装置１００の模式的な断面図である。
【００２１】
図１に示す赤外線式ガス検知装置１００は、赤外線を放射する赤外線光源１０と、赤外線を感知する赤外線検出素子２０とを、同一パッケージ３０内に備えている。赤外線光源１０から赤外線検出素子２０に到る赤外線の光路内には、被測定ガスが導入され、被測定ガスによる赤外線の吸収度合いを赤外線検出素子２０により検出して、被測定ガスの濃度を検知する。
【００２２】
図１の赤外線式ガス検知装置１００においては、赤外線光源１０として、発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザが用いられる。
【００２３】
ＬＥＤおよび半導体レーザは、狭い放射波長域を持った発光素子である。
【００２４】
図２（ａ），（ｂ）に、各種ＬＥＤのスペクトラムと発光ピーク波長を示す。図２（ａ），（ｂ）と図５を比較すればわかるように、ＬＥＤは、従来の赤外線式ガス検知装置９０で赤外線光源３として用いられてきた熱源（白熱電球）に較べて、狭い放射波長域を持っている。また、ＬＥＤによる放射光は、従来の熱源（白熱電球）からの放射光に較べて、指向性も高い。さらに、半導体レーザによる放射光は、図２（ａ）のようなピーク幅を有する放射スペクトラムではなく、ピーク幅のない線スペクトラムとなり、より鋭い指向性を有している。
【００２５】
従って、図１の赤外線式ガス検知装置１００において、被測定ガスの吸収波長に一致した放射波長域を持つＬＥＤまたは半導体レーザを赤外線光源１０として利用することで、図１の赤外線式ガス検知装置１００は、従来の熱源（白熱電球）を用いた図４の赤外線式ガス検知装置９０に較べて、エネルギー利用効率が高い赤外線式ガス検知装置とすることができる。また、ＬＥＤまたは半導体レーザは小型の発光素子であり、これらの赤外線光源１０と赤外線検出素子２０とを同一パッケージ３０内に備えた図１の赤外線式ガス検知装置１００は、小型の赤外線式ガス検知装置とすることができる。尚、赤外線式ガス検知装置１００においては、ＬＥＤまたは半導体レーザからなる赤外線光源１０が、従来の白熱電球やヒータ等のように高熱源を利用したものでなく、赤外線放射時も低温であるため、可燃性ガスの測定も可能である。
【００２６】
また、上記赤外線式ガス検知装置１００においては、赤外線光源１０の放射波長域が狭いことから、図４の赤外線式ガス検知装置９０において用いられている赤外線の波長選択フィルタ４を除去することができる。これによっても、図１の赤外線式ガス検知装置１００を、従来の図４に示す赤外線式ガス検知装置９０に較べて、格段に小型化することができる。
【００２７】
図１に示す赤外線式ガス検知装置１００は、赤外線光源１０であるＬＥＤまたは半導体レーザの狭い放射波長域を被測定ガスの吸収波長に一致させる必要があることから、被測定ガスが限定されている場合に適している。特に、図１の赤外線式ガス検知装置１００は、一種類の被測定ガスのみを検知する場合に好適である。
【００２８】
一方、本発明の赤外線式ガス検知装置においては、赤外線放射波長ピークの異なる複数個のＬＥＤまたは半導体レーザを用いることにより、赤外線光源が、複数の赤外線放射波長ピークを有するように構成することができる。
【００２９】
この場合には、図３（ａ）の赤外線式ガス検知装置１０１に示すように、赤外線光源１１を構成するＬＥＤ（または半導体レーザ）１１ａ，１１ｂを並列配置としてもよい。また、図３（ｂ）の赤外線式ガス検知装置１０２に示すように、赤外線光源１２を構成するＬＥＤ（または半導体レーザ）１２ａ，１２ｂを積層配置としてもよい。尚、図３（ａ），（ｂ）の赤外線式ガス検知装置１０１，１０２においては、それぞれ、２個のＬＥＤ（または半導体レーザ）１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂからなる赤外線光源１１，１２が、一つの光源としてパッケージ化されており、これによって、赤外線式ガス検知装置１０１，１０２の小型化が図られている。
【００３０】
図３（ａ），（ｂ）に示す赤外線式ガス検知装置１０１，１０２のように、赤外線光源１１，１２が複数の赤外線放射波長ピークを有する場合には、複数種類の被測定ガスへの対応や、次に示すリファレンス光を用いた測定が可能となる。
【００３１】
すなわち、赤外線光源１１，１２が複数の赤外線放射波長ピークを有する構成とした場合には、複数の赤外線放射波長ピークのうち、少なくとも一つの赤外線放射波長ピークを、被測定ガスにより吸収されないリファレンス光として用いることが好ましい。これにより、赤外線光源１１，１２の発光強度を常にモニタすることができ、高精度のガス濃度測定が可能となる。
【００３２】
また、図３（ａ），（ｂ）に示す赤外線式ガス検知装置１０１，１０２のように、赤外線光源１１，１２が複数の赤外線放射波長ピークを有する構成とした場合には、赤外線光源１１，１２への印加電圧が時分割され、複数の赤外線放射波長ピークが時分割されて放射されることが好ましい。この赤外線光源１１，１２からの時分割された赤外線放射に対して、赤外線検出素子２０による赤外線の取り込みを同期させる。これにより、１個の赤外線検出素子２０を用いて、複数種類のガス測定や、リファレンス光を用いた測定が可能となり、赤外線式ガス検知装置１０１，１０２を小型化することができる。
【００３３】
以上のようにして、ＬＥＤまたは半導体レーザを赤外線光源１０〜１２として利用する図１および図３（ａ），（ｂ）の赤外線式ガス検知装置１００〜１０２は、小型でエネルギー利用効率が高く、特に被測定ガスが限定されている場合に好適な赤外線式ガス検知装置となっている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の赤外線式ガス検知装置の一例で、赤外線式ガス検知装置１００の模式的な断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、各種ＬＥＤのスペクトラムと発光ピーク波長を示す図である。
【図３】（ａ）は、２個のＬＥＤ（または半導体レーザ）１１ａ，１１ｂを並列配置した、赤外線光源１１を有する赤外線式ガス検知装置１０１であり、（ｂ）は、ＬＥＤ（または半導体レーザ）１２ａ，１２ｂを積層配置した、赤外線光源１２を有する赤外線式ガス検知装置１０２である。
【図４】従来の赤外線式ガス検知装置９０の構成を示す模式的な断面図である。
【図５】熱源（白熱電球）からの発光波長分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
９０，１００〜１０２  赤外線式ガス検知装置
３，１０〜１２  （赤外線）光源
５，２０  赤外線検出素子
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ  ＬＥＤ（または半導体レーザ）
３０  パッケージ
【図１】
2006220625.tif 000003
【図２】
2006220625.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006220625.tif 000007