(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、圧力センサとガス温度センサのどちらか一方又は両方を用いることなく測定環境の異常を検知することができるガス分析装置を提供する。【解決手段】本発明のガス分析装置では、測定対象ガスに照射したレーザ光の透過光強度から吸収スペクトルを作成してその広がり量Wを測定し、閾値Dとの大小の比較を行う（ステップＡ１〜Ａ３）。吸収スペクトルの広がり量は、測定対象ガスの圧力が高真空領域にある場合には圧力に依存せず、高真空領域より高い圧力領域では圧力の上昇に応じて単調に増加する。従ってW＞Dであれば、測定環境が高真空領域でないとして異常を外部に送信し（ステップＡ４）、それ以外の場合には測定環境が高真空領域にあるとして、分圧の算出を行う（ステップＡ５）。【選択図】図６
2011149718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象ガスにレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記レーザ光の発振波長が前記測定対象ガスに含まれる特定ガスの吸収スペクトルの中心波長を含めた所定の波長範囲で変化するよう前記レーザ照射手段を制御するレーザ制御手段と、前記測定対象ガスを通過したレーザ光を受光する受光手段と、を備えるガス分析装置において、
a)前記受光手段で受光されたレーザ光の検出信号から吸収スペクトルを作成するスペクトル作成手段と、
b)前記吸収スペクトルのピークの広がり量を測定する広がり量測定手段と、
c)前記広がり量が所定の範囲内に含まれているか否かを判別する判別手段と、
を備えていることを特徴とするガス分析装置。
【請求項２】
前記広がり量が所定の範囲内に含まれていない場合に、前記広がり量と温度の測定値から前記測定対象ガスの圧力を算出することを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記広がり量が所定の範囲内に含まれていない場合に、前記広がり量と圧力の測定値から前記測定対象ガスの温度を算出することを特徴とする請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項４】
測定空間内の圧力が所定の高真空領域内に含まれているか否かを判定する真空度判定装置であって、
a)前記測定空間内にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
b)前記レーザ光の発振波長が所定の波長範囲で変化するよう前記レーザ照射手段を制御するレーザ制御手段と、
c)前記測定空間を通過したレーザ光を受光する受光手段と、
d)前記受光手段で受光されたレーザ光の検出信号から吸収スペクトルを作成するスペクトル作成手段と、
e)前記吸収スペクトルのピークの広がり量を測定する広がり量測定手段と、
f)前記広がり量が所定の範囲内に含まれているか否かを判別する判別手段と、
を備えていることを特徴とする真空度判定装置。
【請求項５】
前記広がり量が所定の範囲内に含まれていない場合に、前記広がり量と温度の測定値から前記測定空間内の圧力を算出することを特徴とする請求項４に記載の真空度判定装置。
【請求項６】
前記高真空領域が1Torr未満の圧力領域であることを特徴とする請求項４又は５に記載の真空度判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ吸収分光法を利用して測定対象ガス中の特定ガスの分圧を測定するガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、測定対象ガス中の特定ガスの分圧を測定する方法として、波長可変レーザを用いたレーザ吸収分光法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この方法は、測定対象ガスが導入されたサンプルセルに所定の波長範囲内で波長を変化させつつレーザ光を照射し、透過したレーザ光を解析して、測定対象ガス中の特定ガスによる吸収の程度から該特定ガスの分圧を算出するものである。この装置は、測定対象ガスに対して光源や受光部が接触しないため、場を乱すことなく測定が可能であること（非接触測定）、応答時間が極めて短いこと（高時間分解能）、といった利点を有している。
【０００３】
図１に、レーザ吸収分光法を用いた従来型のガス分析装置の一例を示す。このガス分析装置は、測定対象ガスが流通するガス流路２の途中に、ガス流路２と略直交方向にサンプルセル１を備え、サンプルセル１の両端に、対向して反射鏡３及び４を備えている。反射鏡３には光のみが通過可能な透明窓５が設けられ、その透明窓５を挟んだサンプルセル１の外側に、略密閉構造で略大気圧雰囲気である光学チャンバ６が設置されている。この光学チャンバ６内には、波長可変レーザ７と光検出部８とが収納されている。
また、サンプルセル１には圧力センサ９とガス温度センサ１０が取り付けられ、圧力センサ９により測定対象ガスの圧力（全圧）が、ガス温度センサ１０により測定対象ガスの温度が測定される。
【０００４】
図１のガス分析装置では、まず波長可変レーザ７が、レーザ制御部１１の制御の下に特定ガスの吸収スペクトルの中心波長を含む所定の波長範囲で波長を変化させつつ、レーザ光を発振する。波長可変レーザ７より発振されたレーザ光は、透明窓５を通過してサンプルセル１に入射され、反射鏡３及び４の間で往復する。この間、測定対象ガス中の特定ガスによる吸収を受けたレーザ光は、透明窓５を通って再び光学チャンバ６内に戻り、光検出部８でその透過光強度が測定される。
【０００５】
この光検出部８で測定された透過光強度と、圧力センサ９及びガス温度センサ１０で測定された測定対象ガスの圧力及び温度は、ノイズ除去やアナログ／デジタル変換等の信号処理を経て演算部１２に入力され、所定の演算処理を経て特定ガスの分圧が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平5-99845号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J.J. Olivero and R.L. Longbothum, Empirical fits to the Voigt line width: a brief review, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Vol. 17 (1977), pp. 233-236.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、レーザ吸収分光法を用いた従来型のガス分析装置では、レーザ測定系の他に圧力センサやガス温度センサが設けられ、透過光強度の測定と並行して測定対象ガスの圧力と温度を測定することが行われる。
【０００９】
一方、例えば半導体プロセス装置の排気ライン中での分圧測定のように、所定の高真空領域を対象としてガス分析装置を用いることがある。このような限定された用途では、特定ガスの分圧の算出にあたり、測定対象ガスの正確な圧力ではなく測定環境が高真空であるか否かが重要であり、圧力センサは必ずしも必要でない。また、測定対象ガスの温度が既知でほぼ一定に保たれているというような環境下では、ガス温度センサも必ずしも必要でない。
【００１０】
しかしながら、これらを備えていない構成では、測定環境の異常により測定対象ガスの圧力や温度が急激に変化してもそれを検知することができず、誤った分圧値を正しい測定結果として与えてしまう危険性がある。従来のガス分析装置では、用途が限定され、測定対象ガスの圧力や温度の測定が必要でない状況であっても、測定環境の異常を検知するために圧力センサやガス温度センサを備えていた。しかしながら、圧力センサやガス温度センサは一般的に安価ではなく、また物理的にもスペースを取ってしまう。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、圧力センサとガス温度センサのどちらか一方又は両方を用いることなく測定環境の異常を検知することができるガス分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために成された本発明に係るガス分析装置は、
測定対象ガスにレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記レーザ光の発振波長が前記測定対象ガスに含まれる特定ガスの吸収スペクトルの中心波長を含めた所定の波長範囲で変化するよう前記レーザ照射手段を制御するレーザ制御手段と、前記測定対象ガスを通過したレーザ光を受光する受光手段と、を備えるガス分析装置において、
a)前記受光手段で受光されたレーザ光の検出信号から吸収スペクトルを作成するスペクトル作成手段と、
b)前記吸収スペクトルのピークの広がり量を測定する広がり量測定手段と、
c)前記広がり量が所定の範囲内に含まれているか否かを判別する判別手段と、
を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明者は、測定対象ガスの圧力が低真空領域（例えば略1[Torr]以上）にある場合には、吸収スペクトルの形状が圧力と温度の両方に依存する一方、測定対象ガスの圧力が高真空領域（例えば略1[Torr]未満）にある場合には、吸収スペクトルのピークの形状が温度のみに依存し、圧力には依存しないことに着目した。本発明に係るガス分析装置では、レーザ光の検出信号から吸収スペクトルを作成し、該吸収スペクトルの半値半幅や半値全幅などの広がり量を常時測定することにより、測定対象ガスの圧力が高真空領域内にあるか否かを監視することができる。これにより、圧力センサを装置構成から省くことができるため、装置の低コスト化と省スペース化が可能となる。
【００１４】
また、本発明に係るガス分析装置では、ガス温度が既知且つ一定であり、測定対象ガスの圧力が大気圧から高真空領域まで変化するというような測定環境において、ガス温度の異常検知を行うといった用途にも用いることができる。このような用途では、本発明のガス分析装置ではガス温度センサを装置構成から省くことができるため、上記と同様に装置の低コスト化と省スペース化が可能となる。
【００１５】
さらに、測定対象ガスの圧力が高真空領域にあり、さらにガス温度が既知且つ一定である場合には、圧力センサとガス温度センサの両方を装置構成から省くことができる。この場合、本発明に係るガス分析装置では、測定対象ガスの圧力又は温度の異常を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のガス分析装置の概略構成図。
【図２】測定対象ガスの圧力と吸収スペクトルの半値半幅との関係を表すグラフ。
【図３】本発明に係るガス分析装置の第１実施例である水分測定装置の概略構成図。
【図４】第１実施例の水分測定装置の制御系及び信号処理系の概略構成図。
【図５】第１実施例の水分測定装置の演算部の構成を示すブロック図。
【図６】第１実施例の水分測定装置の演算部における処理の手順を示すフローチャート。
【図７】第１実施例の水分測定装置の受光部より検出される透過光強度Iのスペクトル波形の模式図(a)、ピーク両側の非吸収帯域のデータから近似により作成される、水分子による吸収を受ける前のレーザ光強度I0を示す模式図(b)、及び吸収量A＝ln(I／I0)のスペクトルを示す模式図(c)。
【図８】第１実施例の水分測定装置の第１の変形例を示す概略構成図。
【図９】第１実施例の水分測定装置の第２の変形例を示す概略構成図。
【図１０】本発明に係る水分測定装置の第２実施例の演算部の構成を示すブロック図。
【図１１】第２実施例の水分測定装置の演算部における処理の手順を示すフローチャート。
【図１２】第２実施例の水分測定装置の変形例における演算部の構成を示すブロック図。
【図１３】本発明に係る真空度判定装置の演算部の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、レーザ吸収分光法の一般的な理論について説明する。ある周波数νにおける、測定対象ガス中の特定ガスによる吸収を受ける前後のレーザ光の強度をそれぞれI0(ν), I(ν)とし、その吸収量を
A(ν)＝ln(I0(ν)／I(ν))  … (1)  
で表すと、Lambert-Beerの法則より次式が成立する。
A(ν)＝PS×L×S(T)×K(ν)／(kBT)  … (2)
ここで、PSは特定ガスの分圧、Lは測定対象ガスを通過する光路の長さ、S(T)は吸収線強度でガス温度Tの関数、K(ν)は吸収スペクトル（吸収量Aのスペクトル）のピークの形状を表す吸収特性関数、kBはボルツマン定数である。
【００１８】
吸収特性関数K(ν)の振舞いは、測定対象ガスの圧力領域によって変化する。例えば測定対象ガスが大気圧近傍の圧力領域にある場合、吸収特性関数K(ν)はガス分子の衝突による効果が支配的となり、次のローレンツ関数により表されることになる。
K(ν)＝γL／[π{(ν−ν0)2＋γL2}]  … (3)
ここで、ν0は吸収スペクトルの中心周波数である。また、γLはK(ν)及びA(ν)の半値半幅であり、ローレンツ幅と呼ばれるものである。このローレンツ幅γLは次式のように近似的に表される。
γL＝γL0(P／P0)(T0／T)α  … (4)
ここで、Pは測定対象ガスの圧力（全圧）、Tは測定対象ガスの温度、γL0は標準状態（標準圧力P0, 標準温度T0）におけるA(ν)及びK(ν)の半値半幅、αはローレンツ幅温度係数である。
【００１９】
式(3)及び(4)から、吸収スペクトルのピーク形状が測定対象ガスの圧力と温度に依存することが分かる。また、γL0, αが予め分かっている特定ガスに対しては、測定対象ガスの圧力及び温度を測定することにより、K(ν)が計算可能であることが分かる。
【００２０】
一方、吸収線強度S(T)は、標準状態における吸収線強度S(T0)に対して温度Tに関する補正項を乗じたもので近似される。
【数１】
2011149718.tif 000003
ここで、hはプランク定数、cは光速、Ejは吸収線の遷移前エネルギー準位、Qは分配関数である。従って、S(T0), Ej及びQが予め分かっている特定ガスに対しては、測定対象ガスの温度の測定値から吸収線強度S(T)を計算することができる。
【００２１】
以上に示したように、測定対象ガスの圧力及び温度を測定することにより、γL0, α, S(T0), Ej及びQが既知の特定ガスに対して、吸収特性関数K(ν)及び吸収線強度S(T)を計算することができる。さらに光路長Lは既知であるため、所定の周波数ν（例えば吸収中心周波数ν0）における吸収量Aを測定することで特定ガスの分圧PSの算出が可能となる。
【００２２】
一方、極めて低い圧力領域では、吸収スペクトルのピークの広がりは上述のローレンツ関数に比べて数分の１から数十分の１程度に狭くなる。この圧力領域においては、吸収スペクトルのピークの広がりは主にドップラ効果により決まり、吸収特性関数K(ν)は次のガウス関数で表されることになる。
K(ν)＝1／[γED×π1/2×exp{(ν−ν0)／γED}2]  … (6)
式(6)のγEDはドップラ幅と呼ばれるものであり、高真空領域におけるA(ν)及びK(ν)の半値半幅を示している。ここで、γEDは特定ガスの分子量Mを用いて次式で表される。
γED＝ν0／c×(2kBT／M)1/2  … (7)
式(7)より、γEDは測定対象ガスの圧力に依存していないことが分かる。すなわち、所定の高真空領域では、特定ガスの分圧の算出にあたって測定対象ガスの圧力の測定を必要としない。
【００２３】
なお、大気圧と高真空領域の間の中間圧力領域では、吸収特性関数K(ν)は式(3)のローレンツ関数と式(6)のガウス関数の畳み込み関数で表される。また、中間圧力領域における吸収量A(ν)及び吸収特性関数K(ν)の半値半幅γVは以下の式で近似的に表されることが多い（非特許文献１）。
γV＝0.5346γL＋{0.2166γL2＋ln(2)×γED2}1/2  … (8)
ここで、γVはフォークト幅と呼ばれる。式(8)に示すようにγVにもγLが含まれていることから、この中間圧力領域においては、高真空領域と異なり、特定ガスの分圧測定にあたって測定対象ガスの圧力を測定する必要があることが分かる。
【００２４】
以上に示すように、中間圧力領域及び大気圧近傍の圧力領域では、吸収スペクトルの半値半幅及びピーク形状が圧力と温度の両方に依存し、高真空領域では温度のみに依存することになる。実際、測定対象ガスの種類と温度を一定として、測定対象ガスの圧力の変化と吸収特性関数K(ν)の半値半幅の変化を実験により調べると、図２のような結果が得られた。この図２のグラフから、略1[Torr]以上の圧力領域では半値半幅が変化すること、略1[Torr]未満の高真空領域では半値半幅が圧力に依存しないことが分かる。
本発明では、高真空領域では特定ガスの分圧測定に測定対象ガスの圧力が必要でないことを利用し、測定環境を略1[Torr]未満の高真空領域に限定することで、ガス分析装置から圧力センサを省く構成とした。本発明に係るガス分析装置では、測定対象ガスの圧力が高真空領域より高い圧力領域にある場合には、それを測定環境の異常として検知する構成としているため、分圧測定の結果に対する信頼性を高めることができると共に、装置の省スペース化と低コスト化が可能となる。
【実施例１】
【００２５】
本発明に係るガス分析装置の第１実施例である水分測定装置について、各図を参照して説明する。
図３は本実施例の水分測定装置の概略構成図である。この水分測定装置の測定光学系は、前述した図１の従来型のガス測定装置と同じである。すなわち、測定対象ガスが流通するガス流路２と、ガス流路２の途中に、ガス流路２と略直交方向に設けられたサンプルセル１と、サンプルセル１の両端に対向して設けられた反射鏡３及び４と、反射鏡３に設けられた光のみが透過可能な透明窓５と、その透明窓を挟んでサンプルセル１の外側に設けられた、略密閉構造で内部空間が略大気圧雰囲気である光学チャンバ６と、光学チャンバ６内に収納された、レーザ制御部１１により発振波長を制御可能な波長可変レーザ（レーザ照射部）７と、同じく光学チャンバ６内に収納された、吸収光強度を測定する光検出部（受光部）８と、を有している。
【００２６】
なお、波長可変レーザ７としては、水分子が吸収スペクトルを持つ1.3μmで発振するDFB（Dsitributed Feedback）型レーザを使用することができる。これ以外でも、水分子の吸収スペクトルが存在する波長で発振するような波長可変レーザであれば使用することができる。もちろん、水ではなく別の特定ガスの分圧を測定する場合には、その特定ガスの吸収スペクトルが存在する波長で発振するような波長可変レーザを用いればよい。
【００２７】
光検出部８は、フォトダイオード等の光電変換素子３４と、その光電変換素子で得られる電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換アンプ３５と、を含む（図４）。なお、光学チャンバ内の水分（妨害水分）は除湿剤やパージガスなどにより除去されており、その分圧は無視できる程度に小さいものとする。
【００２８】
一方、本実施例の水分測定装置では、従来のガス分析装置と異なり圧力センサを備えておらず、ガス温度センサ１０のみを備えている。また演算部２０は、光検出部８により検出された検出信号の強度から、特定ガスの吸収スペクトルを作成するスペクトル作成部２１、前記スペクトルのピークの広がり量を測定する広がり量測定部２２、前記広がり量が所定の範囲内に含まれているか否かを判別する判別部２３、所定波長の吸収スペクトルの強度とガス温度センサ１０による温度の測定値とから、式(2)、(5)、(6)及び(7)に基づき水蒸気の分圧PSを算出する分圧算出部２４、を備えている（図５）。これら異常検知部２３及び分圧算出部２４による結果はモニタ等から成る出力部１３に送信される。
【００２９】
なお、ガス温度センサ１０には、白金測温抵抗体やサーミスタ、熱電対などを用いることができる。
【００３０】
図３において、レーザ制御部１１による制御の下に波長可変レーザ７から出射されたレーザ光Ｌ１は、透明窓５を通過してサンプルセル１内に入射され、反射鏡３及び４の間で反射を繰り返す。図３に記載の光路では、レーザ光はガス流路２を横切って反射鏡３及び４の間を2往復するが、さらに往復回数を増やす光学系としても良い。ガス流路２を通過する際に、レーザ光は測定対象ガス中の水分による吸収を受ける。そうして吸収を受けた後のレーザ光Ｌ２が透明窓５を通って光学チャンバ６内に戻り、光検出部８に到達する。光検出部８で取り出された電気信号は、ノイズ除去やアナログ／デジタル変換等の信号処理を経て、演算部２０に入力される。また、サンプルセル１中の測定対象ガスの温度はガス温度センサ１０により電気信号に変換され、所定の信号処理を経た後、演算部２０に入力される。これらの入力信号に基づき、演算部２０において後述する所定の処理が実行され、測定環境の異常の検知と特定ガスの分圧の算出が行われ、出力部１３にこれらの結果が出力される。
【００３１】
本実施例の水分測定装置における各部の制御系及び信号処理系を、図４を用いて説明する。
レーザ制御部１１は、電流制御部３１、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３２、電圧／電流変換器（Ｖ／Ｉ）３３から成る。ＤＡＣ３２は、電流制御部３１から出力される、水分子の吸収スペクトル付近の波長領域に渡るスイープ（掃引）を繰り返し行うためのデジタルデータを、スイープ電圧に変換して出力する。このスイープ電圧がＶ／Ｉ３３により電流信号に変換され、波長可変レーザ７に鋸波のような駆動電流が供給される。これにより、波長可変レーザ７は時間経過に伴って、所定の波長範囲で繰り返し波長が変化するレーザ光を出射する。
【００３２】
波長可変レーザ７より出射され、水分子による吸収を受けて戻ってきたレーザ光Ｌ２は、光検出部８で電圧信号として取り出される。この電圧信号はアンプ４１で増幅された後、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２でノイズ成分が除去され、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）４３でデジタル値に変換された後、演算部２０に入力される。
また、サンプルセル１中の測定対象ガスの温度はガス温度センサ１０により電圧信号に変換され、ＡＤＣ４４によりデジタル値に変換されて演算部２０に入力される。
【００３３】
次に、演算部２０における具体的な処理手順について、図６のフローチャートを用いて説明する。
まずステップＡ１として、スペクトル作成部２１において、レーザ光の発振波長とＡＤＣ４３から入力された透過光の信号強度とに基づき、吸収スペクトルを作成する。この吸収スペクトルの作成は、次のように行われる。まず、図７の(a)に示すように、透過光強度I(ν)のスペクトルを作成する。次に、水分子による吸収の影響を受けていない非吸収帯域における透過光強度Ｉ(ν)のデータから、Ｉ0(ν)を近似により作成する（図７(b)）。この近似により得られたI0(ν)と透過光強度I(ν)のデータとを用いることにより、吸収量Aのスペクトル（吸収スペクトル）を作成することができる（図７(c)）。
【００３４】
次に、広がり量測定部２２により、図７(c)の吸収スペクトルのピークに対する広がり量Wが測定される（ステップＡ２）。本実施例では、広がり量として該ピークの半値全幅を用いる。なお、広がり量としては、半値半幅やピークの両裾間の幅など、ピーク幅の変化を有意に判別できる量であればどのようなものを用いても良い。
【００３５】
ステップＡ３では、ステップＡ２で測定された広がり量である半値全幅Wを用いて、判別部２３により測定環境が高真空領域にあるか否かの判別を行う。図２や式(4)及び(8)に示すように、測定対象ガスの圧力が高真空領域より高い圧力領域にある場合、吸収スペクトルのピーク幅は圧力の上昇に応じて単調に増加する。従って、予め広がり量の閾値Dを与えておき、広がり量測定部２２で測定された広がり量Wと閾値Dの大小を比較することで、測定環境が所定の高真空領域にあるか否かを判別することができる。具体的には、W＞Dの場合には測定環境が高真空領域でないとして、異常を出力部１３を通じて外部に送信し（ステップＡ４）、それ以外の場合には測定環境が高真空領域にあるとして、分圧算出部２４で分圧の算出を行う（ステップＡ５）。
【００３６】
なお、測定対象ガスの温度変化が大きい場合、温度変化も考慮して閾値Dを与える必要がある。この場合、例えば式(7)にガス温度センサ１０で測定された温度を代入してD＝2γEDとすることにより、温度変化に応じた閾値を与えることができる。
【００３７】
本実施例では、高真空領域を略1Torr未満の圧力領域としたが、この数値に特に限定されない。例えば、圧力変化による吸収スペクトルのピーク形状や半値半幅に有意な変化が認められないのであれば、さらに広い圧力領域を高真空領域として与えても良い。
【００３８】
本実施例の水分分析装置の第１の変形例を図８に示す。この第１変形例の水分分析装置は、上記実施例の水分分析装置とは逆に、圧力センサ９を備え、ガス温度センサ１０が省かれた構成となっている。その他の構成は上記実施例と同じである。
この図８の構成の水分分析装置を用いることにより、ガス温度が既知且つ一定であり、測定対象ガスの圧力が大気圧から高真空領域まで変化するというような測定環境においても、広がり量Wと閾値Dの大小を比較することで、同様にガス温度の異常検知を行うことができる。
【００３９】
また、測定対象ガスの圧力が高真空領域にあり、さらにガス温度が予め分かっている場合には、図９に示す第２の変形例のようにガス温度センサも装置構成から省くことができ、測定対象ガスの圧力又は温度の異常を検知することが可能となる。
【実施例２】
【００４０】
上記実施例では、広がり量Wが所定の範囲内に含まれていない場合に外部に異常を知らせるだけであったが、この際、広がり量と温度の測定値から測定対象ガスの圧力を算出し、出力部１３に出力させる構成とすることもできる。これを図１０のブロック図及び図１１のフローチャートを用いて説明する。
本実施例の水分測定装置の構成は、演算部２０が図１０に示す演算部２０Ａに置き換わっている点を除いて図３に示す第１実施例のものと同じである。また、演算部２０Ａの構成についても、全圧算出部２５が新たに設けられている点を除いて演算部２０と同じである。
【００４１】
本実施例の水分測定装置の演算部２０Ａにおける具体的な処理の手順について説明する。本実施例の演算部２０Ａの処理手順も第１実施例の演算部２０のものとほぼ同様であるが、ステップＢ３で異常と判断された場合に、全圧算出部２５で広がり量Wと温度Tの測定値を用いて測定対象ガスの圧力Pを算出する点が異なっている（ステップＢ４）。ここで、異常が生じているということは、測定対象ガスの圧力が高真空領域から中間圧力領域に移行しているということであるため、第１実施例と同様に測定される広がり量Wを半値全幅とすると、W／2はフォークト幅γVと等しくなる。従って、ガス温度センサ１０で測定された温度Tとフォークト幅γV＝W／2から、式(3)、(6)及び(8)に基づいて、測定対象ガスの圧力Pを算出することができる。
【００４２】
なお、第１実施例の第１変形例に示した構成においても、上記実施例と同様に、広がり量Wと圧力Pの測定値を用いてガス温度Tを算出することができる。本変形例の装置構成は図８とほぼ同じであり、演算部２０が図１２に示す演算部２０Ｂに置き換わっている点のみが異なっている。なお、演算部２０Ｂについても、上記実施例に示した全圧算出部２５が温度算出部２６に置き換わっているだけである。
【００４３】
本変形例の水分分析装置では、圧力センサ９によって測定された圧力の存在する領域に応じて、温度算出部２６における温度の算出に用いる式が、式(4), (7), (8)の中から選択される。そして、選択された式に基づき、圧力Pと広がり量Wの測定値から温度Tが算出される。
【実施例３】
【００４４】
なお、本発明の第１実施例及び第２実施例に係るガス分析装置は、サンプルセル（測定空間）１内の真空度を判定する真空度判定装置としても用いることができる。本実施例で示す真空度判定装置は、図１３(a)の演算部２０Ｃ又は図１３(b)の演算部２０Ｄのように、演算部２０又は２０Ａの構成から分圧測定部２４を省いた以外は、第１実施例及び第２実施例のガス分析装置とほぼ同じ構成であり、サンプルセル（測定空間）１内の圧力が所定の高真空領域に含まれているか否かを、非接触かつ高い時間分解能で常に監視することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…サンプルセル
２…ガス流路
３…反射鏡
５…透明窓
６…光学チャンバ
７…波長可変レーザ（レーザ照射部）
８…光検出部（受光部）
９…圧力センサ
１０…ガス温度センサ
１１…レーザ制御部
１２、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…演算部
１３…出力部
２１…スペクトル作成部
２２…広がり量測定部
２３…判別部
２４…分圧算出部
２５…全圧算出部
２６…温度算出部
３１…電流制御部
３２…デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
３３…電圧／電流変換器（Ｖ／Ｉ）
３４…光電変換素子
３５…Ｉ／Ｖ変換アンプ
４１…アンプ
４２…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
４３、４４…アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）
【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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