(57)【要約】【課題】ガスセル内においてサンプルガスの温度を高く保ちことで再液化を防ぐことができるとともに、測定光の射出又は受光のための光ファイバへ熱が伝導しにくく、その導光特性が変化しにくいガス濃度測定装置を提供する。【解決手段】内部にサンプルガスが導入されるセル本体１Ａと、前記セル本体１Ａ内へ測定光が入射する入射部１Ｂと、前記セル本体１Ａを通過した測定光が外部へ射出される射出部１Ｃと、を具備するガスセル１と、前記ガスセル１、又は、前記ガスセル１に導入されるサンプルガスを加熱するヒータ機構ＪＨと、端面から測定光を射出し、前記入射部１Ｂへ入射させるように設けられた第１光ファイバ２１と、前記射出部１Ｃを通過した測定光が端面に入射するように設けられた第２光ファイバ３１と、を備え、前記入射部１Ｂ、及び、前記射出部１Ｃが、内部が真空に保たれている、又は、内部にガスが存在する二重窓構造Ｄを形成した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にサンプルガスが導入されるセル本体と、前記セル本体内へ測定光が入射する入射部と、前記セル本体を通過した測定光が外部へ射出される射出部と、を具備するガスセルと、
前記ガスセル、又は、前記ガスセルに導入されるサンプルガスを加熱するヒータ機構と、
端面から測定光を射出し、前記入射部へ入射させるように設けられた第１光ファイバと、
前記射出部を通過した測定光が端面に入射するように設けられた第２光ファイバと、を備え、
前記入射部、及び、前記射出部が、内部が真空に保たれている、又は、内部にガスが存在する二重窓構造を有していることを特徴とするガス濃度測定装置。
【請求項２】
前記二重窓構造が、
前記セル本体に取り付けられた内窓板と、
前記内窓板と平行となるように当該内窓板から所定距離離間させて設けられた外窓板と、
前記内窓板、及び、前記外窓板との間を接続し、閉鎖空間を形成する閉鎖壁と、を具備し、
前記閉鎖空間内が真空に保たれている、又は、前記閉鎖空間内にガスが存在する請求項１記載のガス濃度測定装置。
【請求項３】
前記セル本体が、長尺状のものであり、
前記入射部、及び、前記射出部が、前記セル本体の各端部にそれぞれ接合されており、
前記入射部、及び、前記射出部で前記ガスセルを両端支持する支持機構をさらに備えた請求項１又は２記載のガス濃度測定装置。
【請求項４】
前記ヒータ機構が、前記セル本体に巻き付けられたジャケットヒータである請求項１乃至３いずれかに記載のガス濃度測定装置。
【請求項５】
前記ガスセルが、複数の石英ガラス材で形成されており、
前記入射部、及び、前記射出部が前記セル本体に対してオプティカルコンタクトで接合されている請求項１乃至４いずれかに記載のガス濃度測定装置。
【請求項６】
内部に設けられた前記第１光ファイバの端面から射出される測定光を射出口を介して前記ガスセルへ射出する光射出ユニットと、
入射口に入射する前記ガスセルを通過した測定光を内部に設けられた前記第２光ファイバの端面へ入射させる受光ユニットと、
前記入射部において外側から測定光が最初に入射する面である入射面と、前記光射出ユニットの前記射出口の周囲に形成された第１端面との間において、当該射出口の周囲を囲うように設けられた第１シール材と、
前記射出部において測定光が最後に射出される面である射出面と、前記受光ユニットの前記入射口の周囲に形成された第２端面との間において、当該入射口の周囲を囲うように設けられた第２シール材と、をさらに備えた請求項１乃至５いずれかに記載のガス濃度測定装置。
【請求項７】
前記ガスセルに導入されるサンプルガスがＨ２Ｏ２を含むものであり、
前記測定光が近赤外領域の光を含み、
前記受光ユニットで受光される測定光の吸光度に基づいて前記ガスセル内に導入されるＨ２Ｏ２の濃度を算出する濃度算出器をさらに備えた請求項１乃至６いずれかに記載のガス濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセル内にガスを導入するとともに当該ガスの吸光率に基づいてガスの濃度を測定するガス濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体製造プロセスにおいては種々の液体材料を加熱して気化させて材料ガスとし、基板上に成膜が行われる真空チャンバ内へ導入される。製造される半導体の品質を保つためには、導入される材料ガスの濃度を一定に保つ必要がある。
【０００３】
このような濃度制御を行うために、ＮＩＲ法（近赤外線分光法）に基づいて材料ガスの濃度を測定するガス濃度測定装置がプロセス内に組み込まれている。
【０００４】
このガス濃度測定装置には、材料ガスが導入されるガスセルと、一端にハロゲン光源から射出された測定光が導入され、他端から測定光が射出される第１光ファイバと、第１光ファイバから射出された測定光をコリメート化し、前記ガスセル内に射出する第１レンズと、前記ガスセル内を通過した測定光を集光する第２レンズと、第２レンズで集光された測定光が一端から導入され、他端から光検出器に対して測定光が射出される第２光ファイバと、を備えたものがある（特許文献１参照）。前記検出器で測定される所定波長の光の吸光度と、予め作成されたガス種ごとの吸光度と濃度との関係を示す検量線により、ガス濃度が算出される。
【０００５】
ところで、材料ガスがガスセル内で冷やされて再液化し、濃度測定に影響が出るのを防ぐにはガスセル自体を加熱する、又は、前記ガスセルに導入されるサンプルガスの温度を予め高く保つ必要がある。そうすると、ガスセルの近傍に設けられた各光ファイバはその熱による温度変化により導光特性が変化してしまい、測定される吸光度に影響が表れて、濃度の測定精度が低下してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−９４６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、ガスセル内においてサンプルガスの温度を高く保つことで再液化を防ぐことができるとともに、測定光の射出又は受光のための光ファイバへ熱が伝導しにくく、その導光特性が変化しにくいガス濃度測定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】
【０００８】
すなわち、本発明に係るガス濃度測定装置は、内部にサンプルガスが導入されるセル本体と、前記セル本体内へ測定光が入射する入射部と、前記セル本体を通過した測定光が外部へ射出される射出部と、を具備するガスセルと、前記ガスセル、又は、前記ガスセルに導入されるサンプルガスを加熱するヒータ機構と、端面から測定光を射出し、前記入射部へ入射させるように設けられた第１光ファイバと、前記射出部を通過した測定光が端面に入射するように設けられた第２光ファイバと、を備え、前記入射部、及び、前記射出部が、内部が真空に保たれている、又は、内部にガスが存在する二重窓構造を有していることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば前記入射部、及び、前記射出部が二重窓構造を有しているので、前記ヒータ機構によりサンプルガスが再液化しないように加熱が行われても、前記二重窓構造の断熱効果により前記第１光ファイバと前記第２光ファイバへはその熱が伝導しにくくすることができる。したがって、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバには温度変化が生じにくく、その導光特性がほぼ一定に保たれる。
【００１０】
さらに、前記入射部、及び、前記射出部の二重窓構造だけで前記第１光ファイバと前記第２光ファイバへの熱による影響が発生するのを防ぐことができるので、前記セル本体に内側壁と外側壁を設けた二重構造を形成して当該セル本体から熱が外部に伝導しないようにせずに前記ヒータ機構を直接設けることもできる。したがって、前記ガスセル内を流通するサンプルガスについては効率よく加熱して再液化を確実に防ぐことができる。
【００１１】
これらのことから、簡単な構成でありながら余計なエネルギー消費を伴うことなく、ガス濃度測定の精度を高く保つことが可能となる。
【００１２】
前記ガスセル内における測定光の光路が、前記二重窓構造を有さない従来のガスセルとほぼ同じものにしやすくし、ガス濃度測定の精度を高められるようにするには、前記二重窓構造が、前記セル本体に取り付けられた内窓板と、前記内窓板と平行となるように当該内窓板から所定距離離間させて設けられた外窓板と、前記内窓板、及び、前記外窓板との間を接続し、閉鎖空間を形成する閉鎖壁と、を具備し、前記閉鎖空間内が真空に保たれている、又は、前記閉鎖空間内にガスが存在していればよい。
【００１３】
前記サンプルガスを前記セル本体内において均一に加熱できるように前記ヒータ機構を前記セル本体内に均一に取り付けやすくするには、前記セル本体が、長尺状のものであり、前記入射部、及び、前記射出部が、前記セル本体の各端部にそれぞれ接合されており、前記入射部、及び、前記射出部で前記ガスセルを両端支持する支持機構をさらに備えたものであればよい。このようなものであれば、前記ガスセルを安定支持できるとともに前記セル本体には前記ヒータ機構を設けて、セル内の温度をより均一に安定して加熱するのを妨げる部材が配置されないようにすることができる。
【００１４】
さらに前記セル本体に対して均一に設けやすく、内部を流通するサンプルガスに温度ムラが発生しにくくするには、前記ヒータ機構が、前記セル本体に巻き付けられたジャケットヒータであればよい。
【００１５】
前記二重窓構造を形成してもガスセルとしての機械的強度や寸法公差、測定光に対する光通過特性を従来と同等のものを達成しやすくするには、前記ガスセルが、複数の石英ガラス材で形成されており、前記入射部、及び、前記射出部が前記セル本体に対してオプティカルコンタクトで接合されていればよい。また、このようなものであれば、サンプルガスが金属に対する反応性が高いものであってもサンプルガスには変化が生じないようにできる。
【００１６】
前記第１光ファイバ、及び、前記第２光ファイバ又はその近傍の光学部材において例えば前記ヒータ機構により暖められた周囲環境の空気が冷やされて結露することにより光学特性が変化してしまうといった問題が生じにくくするには、当該空気による結露等により測定内部に設けられた前記第１光ファイバの端面から射出される測定光を射出口を介して前記ガスセルへ射出する光射出ユニットと、入射口に入射する前記ガスセルを通過した測定光を内部に設けられた前記第２光ファイバの端面へ入射させる受光ユニットと、前記入射部において外側から測定光が最初に入射する面である入射面と、前記光射出ユニットの前記射出口の周囲に形成された第１端面との間において、当該射出口の周囲を囲うように設けられた第１シール材と、前記射出部において測定光が最後に射出される面である射出面と、前記受光ユニットの前記入射口の周囲に形成された第２端面との間において、当該入射口の周囲を囲うように設けられた第２シール材と、をさらに備えたものであればよい。
【００１７】
前記ヒータ機構が前記ガスセルのみを加熱して前記光射出ユニット及び前記受光ユニットに熱が直接伝導されないようにするには、前記ヒータ機構が、前記ガスセル周囲に巻き付けられるとともに、前記第１端面及び前記第２端面とは離間するように設けられたジャケットヒータであればよい。
【００１８】
本発明に係るガス濃度測定装置が好適に用いられる具体的な構成としては、前記ガスセルに導入されるガスがＨ２Ｏ２を含むものであり、前記測定光が近赤外領域の光を含み、前記受光ユニットで受光される測定光の吸光度に基づいて前記ガスセル内に導入されるＨ２Ｏ２の濃度を算出する濃度算出器をさらに備えたものが挙げられる。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明に係るガス濃度測定装置によれば、前記二重窓構造により前記ガスセルが加熱されている場合でも各光ファイバへは熱がほとんど伝導されず、その導光特性に変化が生じにくくすることができる。さらに前記セル本体には前記ヒータ機構によりサンプルガスを直接加熱できるようにし、当該セル本体内におけるサンプルガスの再液化を確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置及びガス濃度制御システムを示す模式図。
【図２】同実施形態におけるガス濃度測定装置の構成を示す模式図。
【図３】同実施形態におけるガスセル及びその近傍の機器の構成を示す模式的斜視図。
【図４】同実施形態におけるガスセル及びその近傍の機器の構成を示す模式的斜正面図。
【図５】同実施形態におけるガスセル入射側の近傍の構造を示す模式的断面図。
【図６】同実施形態におけるガスセル射出側の近傍の構造を示す模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置１００及びこれを用いたガス濃度制御システム２００について各図を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示される前記ガス濃度制御システム２００は、例えば半導体製造プロセスにおいて材料ガスであるＨ２Ｏ２を一定の濃度で保ちながら基板に酸化膜を形成するためのチャンバ内へ供給するものである。
【００２３】
前記ガス濃度制御システム２００は、Ｈ２Ｏ２ガスを発生させ、その濃度を制御する気化装置ＶＡと、前記気化装置ＶＡとチャンバとの間に設けられ、通過するＨ２Ｏ２ガスの濃度を測定する濃度測定装置１００とから構成してある。なお、Ｈ２Ｏ２ガスは金属との接触により分解が生じ、Ｈ２ＯとＯ２になるため、前記ガス濃度制御システム２００全体の接ガス部分には金属以外の材料を用いて形成してある。
【００２４】
前記気化装置ＶＡは、図１に示すようにキャリアガスであるＮ２の流量を制御するマスフローコントローラＭＦＣが設けられたキャリアガスラインＣＬと、Ｈ２Ｏ２溶液が内部に収容されたタンクＴＮ及び流れるＨ２Ｏ２溶液の流量を測定する液体マスフローメータＬＭＦＭとが設けられた材料液ラインＭＬと、前記キャリアガスラインＣＬと前記材料液ラインＭＬの合流点に設けられ、Ｈ２Ｏ２溶液を加熱して蒸発させる気化器ＶＰと、を備えている。なお、前記タンクＴＮ内へはＮ２ガスを所定圧力で供給することで、Ｈ２Ｏ２溶液を前記気化器ＶＰまで圧送するようにしてある。また、前記マスフローコントローラＭＦＣは、前記ガス濃度測定装置１００で測定されるＨ２Ｏ２ガスの測定濃度と、目標濃度の偏差が小さくなるようにキャリアガスの流量を制御する。
【００２５】
前記ガス濃度測定装置１００は、図１に示すようにサンプルガスであるＨ２Ｏ２ガスが流通するように構成され、当該Ｈ２Ｏ２ガスに対して測定光を通過させるガスセル機構ＧＳと、測定光を発生させるとともに前記ガスセル機構ＧＳにおいてＨ２Ｏ２ガスを通過した測定光の吸光度を測定するガス濃度モニタＧＭと、から構成してある。
【００２６】
より具体的には図２に示すように前記ガス濃度測定装置１００は、ＮＩＲ法に基づいてＨ２Ｏ２ガスの濃度を測定するものであって、ハロゲン光源ＨＬから射出された近赤外領域の波長の光が、前記ガスセル機構ＧＳを経由せずに参照光として検出器ＤＴへと入射する参照光ラインＬ１と、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光が測定光として前記ガスセル機構ＧＳを経由して前記検出器ＤＴに至る測定光ラインＬ２とを備えている。また、このガス濃度測定装置１００は、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光の光路を前記参照光ラインＬ１又は前記測定光ラインＬ２のいずれかに切り替えるための２つの第１切り替えミラーＦＭ１と第２切り替えミラーＦＭ２を備えている。すなわち、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光について前記参照光ラインＬ１を通って前記検出器ＤＴへ到達させる場合には、前記第１切り替えミラーは光路上から外され、第２切り替えミラーＦＭ２が光路上に配置される。また、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光が前記測定光ラインＬ２を通って前記検出器ＤＴへと到達させる場合には、前記第２切り替えミラーＦＭ２は光路上から外され、第１切り替えミラーＦＭ１が光路上に配置される。
【００２７】
前記検出器ＤＴでは例えば参照光と測定光の強度からＨ２Ｏ２、Ｈ２Ｏの吸収波長域における吸光度が測定される。前記ガス濃度モニタＧＭは、測定される吸光度に基づいてＨ２Ｏ２ガス及びＨ２Ｏガスの濃度を算出するガス濃度算出器Ｃをさらに備えている。前記ガス濃度算出器Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、入出力手段、Ａ／Ｃ・Ｄ／Ｃコンバータ等を備えた、いわゆるコンピュータにおいてメモリに格納されたプログラムが実行され、各機器が協業することでその機能が実現される。すなわち、ガス濃度算出器Ｃは、吸光度と、吸光度及びガス濃度との間の関係を示す検量線とに基づいてガス濃度を算出するようにしてある。前記検量線は実験等により予め作成されたものである。
【００２８】
次に前記ガスセル機構ＧＳの詳細について図３乃至６を参照しながら説明する。
【００２９】
前記ガスセル機構ＧＳは、図３及び図４に示すように前記気化器ＭＶと前記チャンバとの間を接続するラインの一部を構成し、Ｈ２Ｏ２ガスが導入されるガスセル１と、前記ガスセル１に対して測定光を入射させる光射出ユニット２と、前記ガスセル１を通過した測定を受光する受光ユニット３と、前記ガスセル１、前記光射出ユニット２、及び、前記受光位置ユニットを所定の位置関係を保った状態で固定する固定機構４と、を備えたものである。前記光射出ユニット２と前記受光ユニット３は光学的に同じ構成要素を有しており、前記ガスセル機構ＧＳは図４の正面図に示すように前記ガスセル１を中心として共役となるように配置してある。また、本実施形態では前記ガスセル１、前記光射出ユニット２、及び、前記受光ユニット３のそれぞれは別体として形成してある。
【００３０】
前記ガスセル１は、内部にサンプルガスが導入されるセル本体１Ａと、前記セル本体１Ａ内へ測定光が入射する入射部１Ｂと、前記セル本体１Ａを通過した測定光が外部へ射出される射出部１Ｃと、を備えたものである。また、前記ガスセル１は複数の石英ガラス材で形成してあり、Ｈ２Ｏ２ガスに分解反応が生じにくくしてある。また、前記ガスセル１は、後述する固定機構４により前記入射部１Ｂ及び前記射出部１Ｃの部分で両端支持される。
【００３１】
前記セル本体１Ａは、前記光射出ユニット２と前記受光ユニット３との間に配置される概略円筒状の本体管１１と、前記本体管１１の側面上流側に垂直に設けたガス導入管１２と、前記本体管１１の側面下流側に設けたガス導出管１３と、を備えている。
【００３２】
前記入射部１Ｂ、及び、前記射出部１Ｃは内部が真空に保たれた二重窓構造Ｄを有するものである。本実施形態では両端が開口した概略円筒状の本体管１１に対して同じ直径の両端が閉塞した円筒管をオプティカルコンタクトにより接合したものである。
【００３３】
なお、オプティカルコンタクトとは、接着剤を用いずに平滑にしたガラス同士を接触させるだけで接合する手法であり、例えば常温又は高温で接合されたものを言う。オプティカルコンタクトではガラス表面間のファンデルワールス力、ないし、空気中の水分の吸着により形成されたシラノール基同士の水素結合により強固に接合されている。すなわち、前記ガスセル１は接着剤や薬剤によるガラスの溶解を伴わずに複数の石英ガラス材同士の平面を直接接触させて接合してある。このため、接着剤やガラスの溶解による光学特性の変化が生じないようにしつつ、二重窓構造Ｄにおける真空を保ち、前記ガスセル１の寸法公差や強度を接合前の前記セル本体１Ａ単体と同等に保つことができる。
【００３４】
図３乃至６に示すように前記入射部１Ｂ、前記本体管１１、前記射出部１Ｃはこの順番で一列に並んで設けられており、一本の円筒管をなして測定光の光軸と前記本体管１１の軸とが一致するようにしてある。また、前記入射部１Ｂの外側端面は前記光射出ユニット２から射出された測定光が最初に入射する入射面１４をなす。一方、前記ガスセル１の下流側であり、前記射出部１Ｃの外側端面はＨ２Ｏ２ガスを通過した測定光が最後に通過する射出面１５をなす。
【００３５】
図５及び図６に示すように二重窓構造Ｄは、前記セル本体１Ａにオプティカルコンタクトにより接合された円板状の内窓板Ｄ１と、前記内窓板Ｄ１から所定距離離間させて並行に設けられた円板状の外窓板Ｄ２と、前記内窓板Ｄ１と前記外窓板Ｄ２との間を接続し、内部に閉鎖空間を形成する両端開口した円筒状の閉鎖壁Ｄ３と、を備えている。前記内窓板Ｄ１、前記外窓板Ｄ２、前記閉鎖壁Ｄ３のそれぞれもオプティカルコンタクトで接合してある。
【００３６】
このガスセル１は気化したＨ２Ｏ２ガスが冷却されて再び液化するのを防ぐために、図１に示すように前記本体管１１の周囲、前記ガス導入管１２及び前記ガス導出管１３の周囲を覆うようにヒータ機構であるジャケットヒータＪＨを巻き付けてある。ジャケットヒータＪＨは断熱材である帯状の樹脂材に電熱線を設けたものであり、各管の側面を全て覆うように巻き付けてある。なお、本実施形態では前記ガスセル１は前記入射部１Ｂ、前記射出部１Ｃの部分で両端支持されており、前記ジャケットヒータＪＨの巻き付けられる前記セル本体１Ａでは支持されていないため、当該ジャケットヒータＪＨを本体管１１に均一に取り付けて、ガスセル１内における均一な温度分布を実現しやすい。より具体的にはジャケットヒータＪＨは本体管１１の部分にのみ設けてあり、前記入射部１Ｂ及び前記射出部１Ｃの部分は覆わないようにしてある。すなわち、ジャケットヒータＪＨは前記光射出ユニット２及び前記受光ユニット３と直接接触しない。
【００３７】
前記光射出ユニット２は、図３、図４、図５に示すように前記ハロゲン光源ＨＬから射出された測定光を導波する第１光ファイバ２１と、前記第１光ファイバ２１の端面に対向するように設けた第１レンズ２２と、前記本体管１１とほぼ同じ直径の円筒状をなし、前記第１光ファイバ２１と前記第１レンズ２２を内部に保持する第１保持器２３と、を備えたものである。
【００３８】
前記第１保持器２３は、樹脂製のものであり、一方の端面には前記第１光ファイバ２１を内部に挿入するための挿入穴が開口させてあり、他方の端面である第１端面２５には前記第１レンズ２２の光射出側の近傍に当該第１レンズ２２を通過した測定光が外部へと射出される射出口２４が形成してある。この第１端面２５には、前記射出口２４を中心として円形状の第１凹溝２６が形成してある。そして、この第１端面２５は前記ガスセル１の前記入射面１４と近接させて対向するように設けてある。
【００３９】
図５に示すように前記光射出ユニット２の第１端面２５と、前記ガスセル１の前記入射面１４との間には第１凹溝２６内に収容された第１シール材５であるＯリングが設けてある。すなわち、前記第１シール材５は前記射出口２４の周囲を気密に囲うように設けてある。また、前記光射出ユニット２と前記ガスセル１が前記固定機構４に固定され、前記第１シール材５が厚み方向に押しつぶされた状態において、前記第１端面２５と前記入射面１４との間には第１隙間７が形成されるようにしてある。言い換えると、組み付けられた状態において前記光射出ユニット２は前記ガスセル１に対して直接接触していない。
【００４０】
前記受光ユニット３は、図３、図４、図６に示すように前記ガスセル１を通過した測定光を集光する第２レンズ３２と、前記第２レンズ３２に対して端面が対向するように設けてあり、前記第２レンズ３２を通過した測定光を前記検出器ＤＴへと導波する第２光ファイバ３１と、前記本体管１１とほぼ同じ直径の円筒状をなし、前記第２レンズ３２と前記第２光ファイバ３１を内部に保持する第２保持器３３と、を備えたものである。
【００４１】
前記第２保持器３３は、樹脂製のものであり、一方の端面である第２端面３５には前記第２レンズ３２の光入射側の近傍に前記ガスセル１を通過した測定光を内部へと入射させるための入射口３４が形成してあり、他方の端面には前記第２光ファイバ３１を内部に挿入するための挿入穴が開口させてある。前記第２端面３５には、前記入射口３４を中心として円形状の第２凹溝３６が形成してある。そして、この第２端面３５は前記ガスセル１の前記射出面１５と近接させて対向するように設けてある。
【００４２】
図６に示すように前記ガスセル１の前記射出面１５と、前記受光ユニット３の前記第２面との間には第２凹溝３６内に収容された第２シール材６であるＯリングが設けてある。すなわち、前記第２シール材６は前記入射口３４の周囲を気密に囲うように設けてある。また、前記ガスセル１と前記受光ユニット３が前記固定機構４に固定され、前記第２シール材６が厚み方向に押しつぶされた状態において、前記射出面１５と前記第２端面３５との間には第２隙間８が形成されるようにしてある。言い換えると、組み付けられた状態において前記ガスセル１に対して前記受光ユニット３は直接接触していない。
【００４３】
また、前記第１隙間７と前記第２隙間８はほぼ同じ大きさとなるようにしてあり、前記第１シール材５及び前記第２シール材６の変形前の厚み寸法は前記第１隙間７及び前記第２隙間８よりも大きいものである。
【００４４】
前記固定機構４は、概略長方形板状の金属製の土台４１と、前記土台４１に立設して設けた樹脂製の第１支持台４２、第２支持台４３、入射部支持台４４、射出部支持台４５、とを備えている。
【００４５】
前記第１支持台４２は前記土台４１の一端側に立設させて設けられた板状のものであり、前記光射出ユニット２が固定される。より具体的には図５に示すように前記第１保持器２３の前記第１端面２５側は２段円筒状に形成してあり、前記第１端面２５側の小径部分が前記第１支持台４２に対して挿入される。前記第１保持器２３の大径部分の端面が基準面となり、前記第１支持台４２の一方の面に当接した状態で、前記第１端面２５が前記第１支持台４２の他方の面とほぼ面一となるように構成してある。この状態で前記第１保持器２３の側面側からねじ止めすることで前記光射出ユニット２は固定され、前記第１端面２５の位置が規定される。
【００４６】
前記第２支持台４３は前記土台４１の他端側に立設させて設けられた板状のものであり、前記受光ユニット３が固定される。より具体的には図６に示すように前記第２保持器３３の前記第２端面３５側は２段円筒状に形成してあり、前記第２端面３５側の小径部分が前記第２支持台４３に対して挿入される。前記第２保持器３３の大径部分の端面が基準面となり、前記第２支持台４３の他方の面に当接した状態で、前記第２端面３５が前記第２支持台４３の一方の面とほぼ面一となるように構成してある。この状態で前記第２保持器３３の側面側からねじ止めすることで前記受光ユニット３は固定され、前記第２端面３５の位置が規定される。
【００４７】
このように、前記固定機構４に対して前記第１保持器２３及び前記第２保持器３３が固定されるだけで、前記第１端面２５と前記第２端面３５は所定距離離間した状態で正確に配置することができる。したがって、前記第１光ファイバ２１、前記第１レンズ２２、前記第２レンズ３２、前記第２光ファイバ３１もその光軸上において設計上の位置に配置されることになる。
【００４８】
前記入射部支持台４４、前記射出部支持台４５は前記ガスセル１において二重窓構造Ｄが形成されている部分のみと接触するように構成してある。すなわち、前記ガスセル１においてジャケットヒータＪＨの熱影響を最も受けにくく、温度が一定に保たれやすい部分で閉鎖壁Ｄ３の外側周面と前記入射部支持台４４、前記射出部支持台４５は接触している。なお、前記入射部支持台４４及び前記射出部支持台４５は、前記入射部１Ｂ及び前記射出部１Ｃから一部はみだし、前記セル本体１Ａにおいても一部支持しているものであっても構わない。
【００４９】
このように構成されたガス濃度測定装置１００によれば、前記ガスセル１の流端部である前記入射部１Ｂ及び前記射出部１Ｃが二重窓構造Ｄを有しているため、ジャケットヒータＪＨの熱は前記入射部１Ｂ及び前記射出部１Ｃにおいて断熱されて、前記光射出ユニット２及び前記受光ユニット３へと伝熱されにくい。このため、サンプルガスが前記ガスセル１内で再液化しないように十分に加熱しても、その熱によって各光ファイバの導光特性が変化して濃度測定の精度が変化するのを防ぐことができる。
【００５０】
また、前記入射部支持台４４、前記射出部支持台４５にもジャケットヒータＪＨの熱は直接伝達されにくく、それぞれの温度は一定に保たれやすい。したがって、前記ガスセル１は両端支持されているものの前記入射部支持台４４、前記射出部支持台４５はそれぞれ別々の熱変形が生じにくいため、前記ガスセル１の姿勢を常に一定に保ちやすい。このため、サンプルガスの加熱を行っていても測定光の光軸と前記ガスセル１の光軸をほぼ一致させつづけて、光学特性が変化することを防ぎ、濃度の測定精度を高く保つことができる。なお、前記土台４１に立設して設けた第１支持台４２と入射部支持台４４が一体とし、前記土台４１に立設して設けた第１支持台４３と射出部支持台４５についても一体としてもよい。すなわち、一方の１つの台に対して光射出ユニット２と入射部１Ｂの両方を位置決めする第１係合部を設けておき、他方の１つの台に対して受光ユニット３と射出部１Ｃの両方を位置決めする第２係合部を設けてもよい。このようなものであれば、ガスセル１、光射出ユニット２、受光ユニット３を台に取り付けるだけで、それぞれの光軸を精度よく一致させ、その作業の煩雑さを低減できる。
【００５１】
さらに前記第１シール材５及び前記第２シール材６がそれぞれ前記射出口２４及び前記入射口３４を気密に囲うように設けてあるので、前記ガスセル機構ＧＳの周囲環境の空気が前記射出口２４及び前記入射口３４へと侵入することを防ぐことができる。また、ジャケットヒータＪＨが発熱することにより断熱材を形成する樹脂の一部が気化したとしても、この気化ガスが前記射出口２４及び前記入射口３４へ侵入することを防ぐことができる。
【００５２】
したがって、測定光の光路上にサンプルガスであるＨ２Ｏ２以外の成分が侵入したり、周囲環境の空気やガスが前記第１レンズ２２又は前記第２レンズ３２で結露したりすることで、測定される吸光度が変化して精度よくガス濃度を測定できなくなるのを防ぐことができる。
【００５３】
その他の実施形態について説明する。
【００５４】
前記実施形態ではＨ２Ｏ２ガスの濃度を測定するために本発明のガス濃度測定装置を用いたが、その他の種類のガスの濃度を測定するために用いても構わない。例えば医療系のガスを生成する際にその濃度を測定し、所望の濃度のガスを得るために用いても構わない。Ｈ２Ｏ２ガスのように金属に対して反応性を有さないガスの場合にはガスセルを石英ガラス以外の材料で形成しても構わない。また、光射出ユニット及び受光ユニットについても樹脂以外の材料で構成してもよい。
【００５５】
また、二重窓構造の閉鎖空間内の真空度については適宜設定すればよく、ヒータ機構による加熱の影響が各光ファイバに表れない程度に断熱できる真空度であればよい。また、二重窓構造については閉鎖空間内を真空ではなく、ガスが存在するようにしたものであってもよい。例えば前記閉鎖空間内はサンプルガスとは別種のガス、又は、吸光波長がサンプルガスとは異なるものであればよい。具体例としては前記閉鎖空間内にガスとして水蒸気の除去された乾燥空気が満たしてある、又は、流通するものであってもよい。このようなものであれば、真空でなくても閉鎖空間内のガスが透光性のある断熱材として機能し、前記ヒータ機構からの熱が各光ファイバへ伝導するのを防げる。さらに、乾燥空気であれば二重窓構造内にガスが存在するとしてもＨ２Ｏによる吸光が生じず、例えばＨ２Ｏ２やその他のガスの濃度測定で精度低下を招かないようにすることができる。また、閉鎖空間内は完全に密閉されているものに限られず、ごく小さな隙間があり、例えば真空度が経年変化とともに低下するようなものであってもよい。なお、二重窓構造の内部にガスが存在する場合には、大気圧と同じであってもよいし、大気圧よりも減圧されたものであってもよい。
【００５６】
さらに、二重窓構造の直径については本体管の直径と異ならせてもよい。さらに光射出ユニット及び受光ユニットをそれぞれ入射部及び射出部にシール材を介さずに直接接触させてもよい。このようなものであっても、入射部及び射出部の断熱機能により光射出ユニット及び受光ユニットに対して熱伝導は生じず、各光ファイバの温度を一定に保つことができる。
【００５７】
ヒータ機構についてはガスセルを直接加熱するものに限られず、例えばサンプルガスがガスセルに導入される前の配管においてサンプルガスを加熱するものであってもよい。
【００５８】
第１シール材及び第２シール材についてはＯリングに限られるものではなく、例えばガスセルに対する光射出ユニット又は受光ユニットの隙間を埋めるように設けられたコーキング材であっても構わない。また、Ｏリングについては樹脂製のものであってもよいし、金属製のものであってもよい。前記ヒータ機構はジャケットヒータに限られるものではなく、前記ガスセルを加熱し、内部を流通するサンプルガスが分解せず、再液化しない程度に温められるものであればよい。
【００５９】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００６０】
１００・・・ガス濃度測定装置
１    ・・・ガスセル
１Ａ  ・・・セル本体
１Ｂ  ・・・入射部
１Ｃ  ・・・射出部
２    ・・・光射出ユニット
２１  ・・・第１光ファイバ
２２  ・・・第１レンズ
２３  ・・・第１保持器
２４  ・・・射出口
２５  ・・・第１端面
３    ・・・受光ユニット
３１  ・・・第２光ファイバ
３２  ・・・第２レンズ
３３  ・・・第２保持器
３４  ・・・入射口
３５  ・・・第２端面
４    ・・・固定機構
５    ・・・第１シール材
６    ・・・第２シール材
【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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