(57)【要約】【課題】より高い精度でガスを分析することができる光学式ガス分析装置を提供することにある。【解決手段】測定対象のガスが流れる計測セルと、レーザ光を射出する発光部と、発光部から射出されたレーザ光を計測セルに案内する光学系と、光学系から入射され、計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部と、受光部で取得した情報に基づいて、計測セルを流れるガスを分析する分析部と、光学系の温度を調整する温度調整手段と、を有することで上記課題を解決する。【選択図】図１
2011137645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象のガスが流れる計測セルと、
レーザ光を射出する発光部と、
前記発光部から射出されたレーザ光を前記計測セルに案内する光学系と、
前記光学系から入射され、前記計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部と、
前記受光部で取得した情報に基づいて、前記計測セルを流れるガスを分析する分析部と、
前記光学系の温度を調整する温度調整手段と、を有することを特徴とする光学式ガス分析装置。
【請求項２】
前記光学系は、前記発光部から発光されたレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光とに分光する分光器と、前記分光器により分光された第１レーザ光の出力と、第２レーザ光の出力とをそれぞれ調整する可変光減衰器とを有し、前記第１レーザ光を前記計測セルに入射させ、前記第２レーザ光を、前記計測セルを通過させずに受光部に入射させ、
前記受光部は、前記計測セルを通過した前記第１レーザ光を受光する第１受光素子と、前記第２レーザ光を受光する第２受光素子とを有し、
前記分析部は、前記第１受光素子と前記第２受光素子との差分に基づいて、前記計測セルを流れるガスを分析することを特徴とする請求項１に記載の光学式ガス分析装置。
【請求項３】
前記発光部は、波長の異なるレーザ光を複数射出させ、
前記光学系は、前記発光部から射出される複数のレーザ光を合波させる合波器を有し、
前記発光部から出力された複数のレーザ光を前記合波器により合波し、合波したレーザ光を前記計測セルに入射させることを特徴とする請求項１または２に記載の光学式ガス分析装置。
【請求項４】
前記温度調整手段は、前記受光部の温度も調整することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学式ガス分析装置。
【請求項５】
前記温度調整手段は、温度を調整する対象物の全てを１つの閉空間の中に配置して温度を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学式ガス分析装置。
【請求項６】
前記温度調整手段は、温度を調整する対象物を、別々の閉空間の中に配置し温度を調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学式ガス分析装置。
【請求項７】
前記温度調整手段は、前記閉空間内の温度を一定範囲に保持することを特徴とする請求項５または６に記載の光学式ガス分析装置。
【請求項８】
前記発光部は、レーザ光を発光する発光素子、前記発光素子から発光された光を集光し、外部に出力する発光光学系を有し、
前記温度調整手段は、前記発光素子及び発光光学系の温度を調整することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光学式ガス分析装置。
【請求項９】
発光部から発光されたレーザ光を光学系で案内して、計測セルに入射させ、前記計測セルを通過したレーザ光を受光部で受光し、受光した光に基づいてガスを分析するガス分析方法であって、
前記計測セルに測定対象のガスが充填されていない状態で計測を行う基準計測工程と、
前記基準計測工程で計測した結果に基づいて基準値を設定する基準値設定工程と、
前記光学系の温度を前記基準計測工程での計測時の温度に維持する計測条件維持工程と、
前記計測条件維持工程により、前記光学系の温度を維持しつつ、前記計測セルに測定対象のガスが充填された状態で計測を行うガス計測工程と、
前記ガス計測工程での計測結果を、前記基準計測工程での計測結果に基づいて補正し、前記計測セルに充填されているガスを分析する分析工程と、を有することを特徴とするガス分析方法。
【請求項１０】
前記計測条件維持工程は、前記受光部の温度も前記基準計測工程での計測時の温度に維持することを特徴とする請求項９に記載のガス分析方法。
【請求項１１】
前記基準計測工程は、前記光学系を予め設定された温度に維持して状態で計測を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載のガス分析方法。
【請求項１２】
発光部から発光されたレーザ光を光学系で案内して、計測セルに入射させ、前記計測セルを通過したレーザ光を受光部で受光し、受光した光に基づいてガスを分析するガス分析装置の制御方法であって、
前記光学系の基準温度を設定する基準温度設定工程と、
前記光学系の温度を検出する温度検出工程と、
前記温度検出工程で検出した温度に応じて、前記光学系の雰囲気の温度を調整する温度調整工程と、を有することを特徴とする分析装置制御方法。
【請求項１３】
前記温度調整工程は、前記温度検出工程で検出した温度と前記基準温度とを用いてフィードバック制御を行い、前記光学系の雰囲気の冷却または加熱を制御することを特徴とする請求項１２に記載の分析装置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象のガスにレーザ光を照射してガスを分析する光学式ガス分析装置、ガス分析方法、及び、ガス分析装置制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路内を流れるガス（気体）を分析する方法として、レーザ光を測定光として用いる方法がある。例えば、本件出願人が出願した特許文献１には、測定対象とされるガス状物質に固有な吸収波長のレーザ光を発振する光源と、この光源から発振されるレーザ光の発振波長を少なくとも２つの異なる周波数で変調する手段と、この変調手段により変調されたレーザ光を前記ガス状物質が存在する測定領域に導く手段と、この測定領域において透過または反射または散乱したレーザ光を受光する受光手段と、この受光手段で受光した信号の中から変調された信号を周波数毎に順次それぞれ復調する複数の位相敏感検波器と、を具備することを特徴とするガス濃度計測装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７４６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されているような、レーザ光を用いてガス濃度を計測することで高い応答性でガス濃度を計測することができる。しかしながら、特許文献１に記載されているガス濃度計測装置では、測定対象を同一濃度として計測を行っても、計測結果が変化することがある。つまり、測定誤差、ノイズが発生することがある。このように測定誤差や、ノイズが発生すると測定精度が低くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より高い精度でガスを分析することができる光学式ガス分析装置、ガス分析方法及び分析装置制御方法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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定対象のガスが流れる計測セルと、レーザ光を射出する発光部と、前記発光部から射出されたレーザ光を前記計測セルに案内する光学系と、前記光学系から入射され、前記計測セルを通過したレーザ光を受光する受光部と、前記受光部で取得した情報に基づいて、前記計測セルを流れるガスを分析する分析部と、前記光学系の温度を調整する温度調整手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、光学系の温度変化に起因するフリンジの移動を抑制することができる。なお、レーザ光を計測セルに案内するのみの導光部材（光ファイバ）の一部、入射部近辺以外の部分は、光学系に含まれない。
【０００８】
前記光学系は、前記発光部から発光されたレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光とに分光する分光器と、前記分光器により分光された第１レーザ光の出力と、第２レーザ光の出力とをそれぞれ調整する可変光減衰器とを有し、前記第１レーザ光を前記計測セルに入射させ、前記第２レーザ光を、前記計測セルを通過させずに受光部に入射させ、前記受光部は、前記計測セルを通過した前記第１レーザ光を受光する第１受光素子と、前記第２レーザ光を受光する第２受光素子とを有し、前記分析部は、前記第１受光素子と前記第２受光素子との差分に基づいて、前記計測セルを流れるガスを分析することが好ましい。これにより、より高精度な計測を行うことができる。
【０００９】
また、前記発光部は、波長の異なるレーザ光を複数射出させ、前記光学系は、前記発光部から射出される複数のレーザ光を合波させる合波器を有し、前記発光部から出力された複数のレーザ光を前記合波器により合波し、合波したレーザ光を前記計測セルに入射させることが好ましい。
【００１０】
これにより、複数の計測を平行して行うことができ、また、光学系を構成する部材が多い場合でも計測精度を高くすることができる。
【００１１】
また、前記温度調整手段は、前記受光部の温度も調整することが好ましい。受光部に起因するフリンジの移動を抑制することができ、計測精度をより高くすることができる。
【００１２】
また、前記温度調整手段は、温度を調整する対象物の全てを１つの閉空間の中に配置して温度を調整することが好ましい。これにより、温度調整機構を１つ設けるのみでよく、装置構成を簡単にすることができる。
【００１３】
また、前記温度調整手段は、温度を調整する対象物を、別々の閉空間の中に配置し温度を調整することが好ましい。これにより、各対象物をより正確に温度調整することができ、温度変化を抑制することができる。
【００１４】
また、前記温度調整手段は、前記閉空間内の温度を一定範囲に保持することが好ましい。これにより、対象物の環境を一定にすることができ、対象物の温度変化を抑制することができる。
【００１５】
また、前記発光部は、レーザ光を発光する発光素子、前記発光素子から発光された光を集光し、外部に出力する発光光学系を有し、前記温度調整手段は、前記発光素子及び発光光学系の温度を調整することが好ましい。発光部の温度変化も抑制することで、計測精度をより高くすることができる。
【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光部から発光されたレーザ光を光学系で案内して、計測セルに入射させ、前記計測セルを通過したレーザ光を受光部で受光し、受光した光に基づいてガスを分析するガス分析方法であって、前記計測セルに測定対象のガスが充填されていない状態で計測を行う基準計測工程と、前記基準計測工程で計測した結果に基づいて基準値を設定する基準値設定工程と、前記光学系の温度を前記基準計測工程での計測時の温度に維持する計測条件維持工程と、前記計測条件維持工程により、前記光学系の温度を維持しつつ、前記計測セルに測定対象のガスが充填された状態で計測を行うガス計測工程と、前記ガス計測工程での計測結果を、前記基準計測工程での計測結果に基づいて補正し、前記計測セルに充填されているガスを分析する分析工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、光学系の温度変化に起因するフリンジの移動を抑制しつつ、計測を行うことができ、計測精度を高くすることができる。
【００１８】
また、前記計測条件維持工程は、前記受光部の温度も前記基準計測工程での計測時の温度に維持することが好ましい。これにより、計測誤差をより小さくすることができる。
【００１９】
また、前記基準計測工程は、前記光学系を予め設定された温度に維持して状態で計測を行うことが好ましい。これにより、光学系の条件の変化を少なくすることができ、測定毎の計測誤差も少なくすることができる。
【００２０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発光部から発光されたレーザ光を光学系で案内して、計測セルに入射させ、前記計測セルを通過したレーザ光を受光部で受光し、受光した光に基づいてガスを分析するガス分析装置の制御方法であって、前記光学系の基準温度を設定する基準温度設定工程と、前記光学系の温度を検出する温度検出工程と、前記温度検出工程で検出した温度に応じて、前記光学系の雰囲気の温度を調整する温度調整工程と、を有することを特徴とする。
【００２１】
これにより、光学系の温度変化に起因するフリンジの移動を抑制しつつ、計測を行うことができ、計測精度を高くすることができる。
【００２２】
ここで、前記温度調整工程は、前記温度検出工程で検出した温度と前記基準温度とを用いてフィードバック制御を行い、前記光学系の雰囲気の冷却または加熱を制御することが好ましい。これにより、光学系の温度を一定範囲に維持することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にかかる光学式ガス分析装置、ガス分析方法及び分析装置制御方法は、より高い精度でガスを分析することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の光学式ガス分析装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。
【図３】図３は、温度調整部の動作を示すフロー図である。
【図４−１】図４−１は、受光した光の波長と出力強度との関係を模式的に示すグラフである。
【図４−２】図４−２は、受光した光の波長と出力強度との関係を模式的に示すグラフである。
【図４−３】図４−３は、受光した光の波長と出力強度との関係を模式的に示すグラフである。
【図４−４】図４−４は、受光した光の波長と出力強度との関係を模式的に示すグラフである。
【図５】図５は、濃度計測結果と、時間との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、濃度計測結果と、時間との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、計測値のドリフト量と、温度変化との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す発光部の概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明にかかる光学式ガス分析装置、ガス分析方法及び分析装置制御方法の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態では、本発明を、管路を流れる排ガス（測定対象のガス）に含まれる特定の物質（測定対象の物質）の濃度を計測するガス濃度計測装置として用いた場合について説明するが、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
また、ガス濃度計測装置として用いる場合は、管路を流れる種々のガスについて特定の物質の濃度を計測することができる。例えば、ガス濃度計測装置をディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる物質を計測してもよい。なお、排ガスを排出する機関、つまり測定対象のガスを排出（供給）する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、ゴミ焼却炉から排出される排ガスに含まれる所定物質の濃度を計測することもできる。また、ガス濃度計測装置は、装置を調整することで、排ガスに含まれる種々の物質の濃度を計測することができる。測定対象となる物質としては、窒素酸化物、硫化酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア等が例示される。
【００２７】
（実施形態１）
図１は、本発明の光学式ガス分析装置の一実施形態であるガス濃度計測装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すガス濃度計測装置１０は、計測セル（ガス計測セル）１２と、発光部１３と、光学系１４と、受光部１６と、分析部１８と、温度調整部１９と、制御部５０とを有する。なお、ガス濃度計測装置１０の計測セル１２は、排ガスが流れる第１配管（図示省略）と第２配管（図示省略）との間に設けられている。また、排ガスは、第１配管の上流側から供給され、第１配管、計測セル１２、第２配管を通過し、第２配管よりも下流に排出される。なお、第１配管の上流側には、排ガスの発生装置（供給装置）が配置されている。また、制御部５０は、各部の動作を制御する制御機能を有し、必要に応じて、各部の動作を制御する。
【００２８】
計測セル１２は、基本的に第１配管及び第２配管と連結された主管と、レーザ光を主管内に入射させる入射管と、主管を通過したレーザ光を出射させる出射管とを有する。なお、入射管及び出射管には、レーザ光が通過可能な窓が設けられている。主管は、円筒状の管状部材であり、一方の端部が第１配管と連結され、他方の端部が第２配管と連結されている。つまり、主管は、排ガスが流れる流路の一部となる位置に配置されている。これにより、排ガスは、第１配管、主管、第２配管の順に流れる。また、第１配管を流れる排ガスは、基本的に全て主管に流れ、その後、第２配管に流れる。なお、レーザ光の主管内の通過経路は、種々の設定とすることができる。例えば、主管の軸方向に直交する方向にレーザ光が通過するようにすることができる。また、主管の軸方向に対して所定角度傾斜させてレーザ光を通過させるようにしてもよい。また、反射部材を設け、主管内でレーザ光を反射させ、主管内を往復させて通過させるようにしてもよい。
【００２９】
発光部１３は、測定対象の物質が吸収する近赤外波長域のレーザ光を出力する発光素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有する。ここで、発光素子ユニット２０ａと、発光素子ユニット２０ｂと、発光素子ユニット２０ｃとは、それぞれ異なる波長のレーザ光を発光させ、出力する。なお、発光素子ユニットで発光させるレーザ光の波長は、測定対象の物質に応じて設定すればよい。例えば、測定対象が一酸化窒素の場合、発光部１３は、一酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光素子を有する。また、測定対象が二酸化窒素の場合、発光部１３は、二酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光素子を有する。また、測定対象が亜酸化窒素の場合、発光部１３は、亜酸化窒素を吸収する近赤外波長域のレーザ光を発光させる発光素子を有する。
【００３０】
光学系１４は、分光器３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、可変光減衰器（Variable Optical Attenuator、以下「ＶＯＡ」という。）３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、合波器３６、３８と、を有する。また、光学系１４の各部は、光ファイバ等の光を案内する部材（導光部材）で連結されており、レーザ光は、導光部材内を通過して各部に移動される。
【００３１】
分光器３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれ、発光素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃから射出されたレーザ光を２つのレーザ光に分光する。具体的には、分光器３０ａは、発光素子ユニット２０ａから射出されたレーザ光を２つのレーザ光に分光し、分光器３０ｂは、発光素子ユニット２０ｂから射出されたレーザ光を２つのレーザ光に分光し、分光器３０ｃは、発光素子ユニット２０ｃから射出されたレーザ光を２つのレーザ光に分光する。
【００３２】
ＶＯＡ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、レーザ光の出力を調整する、具体的には、一定範囲で減衰量を変更することができる調整機構である。ＶＯＡ３２ａとＶＯＡ３４ａは、分光器３０ａと接続されている。ＶＯＡ３２ａは、分光器３０ａで分光された一方のレーザ光の出力を調整し、ＶＯＡ３４ａは、分光器３０ａで分光された他方のレーザ光の出力を調整する。また、ＶＯＡ３２ｂとＶＯＡ３４ｂは、分光器３０ｂと接続されている。ＶＯＡ３２ｂは、分光器３０ｂで分光された一方のレーザ光の出力を調整し、ＶＯＡ３４ｂは、分光器３０ｂで分光された他方のレーザ光の出力を調整する。ＶＯＡ３２ｃとＶＯＡ３４ｃは、分光器３０ｃと接続されている。ＶＯＡ３２ｃは、分光器３０ｃで分光された一方のレーザ光の出力を調整し、ＶＯＡ３４ｃは、分光器３０ｃで分光された他方のレーザ光の出力を調整する。
【００３３】
合波器３６、３８は、複数のレーザ光を合波する。合波器３６は、ＶＯＡ３２ａ、３２ｂ、３２ｃとそれぞれ連結されており、ＶＯＡ３２ａを通過した一方のレーザ光と、ＶＯＡ３２ｂを通過した一方のレーザ光と、ＶＯＡ３２ｃを通過した一方のレーザ光とを、合波する。また、合波器３８は、ＶＯＡ３４ａ、３４ｂ、３４ｃとそれぞれ連結されており、ＶＯＡ３４ａを通過した一方のレーザ光と、ＶＯＡ３４ｂを通過した一方のレーザ光と、ＶＯＡ３４ｃを通過した一方のレーザ光とを、合波する。
【００３４】
光学系１４は、以上の構成であり、発光部１３の発光素子ユニット２０ａ、２０ｂ、２０ｃから出力されたレーザ光をそれぞれ、一方のレーザ光と、他方のレーザ光に分光した後、合波部３６で３つの一方のレーザ光を合波して測定光を作成し、合波部３８で３つの他方のレーザ光を合波して参照光を作成する。光学系１４は、このようにして、波長成分が同様の測定光と参照光を作成する。また、光学系１４は、合波部３６で合波して作成した測定光を計測セル１２に入射させ、合波部３８で合波して作成した参照光を、計測セル１２を通過せずに受光部１６に入射させる。
【００３５】
受光部１６は、２つの受光素子２４、２５を有し、光学系１４から出射された２つのレーザ光（測定光と参照光）を受光する。具体的には、受光素子２４は、光学系１４の合波部３６から出力され、計測セル１２を通過した測定光を受光する。また、受光素子２５は、光学系１４の合波部３８から出力され、計測セル１２を通過していない参照光を受光する。受光素子２４、２５は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、Photodiode）等の光検出器であり、受光したレーザ光の強度を検出する。受光部１６は、受光したレーザ光の強度を受光信号として、分析部１８に送る。
【００３６】
分析部１８は、差分検出部２６と解析部２８とを有する。差分検出部２６は、受光素子２４から送られる受光信号と、受光素子２５から送られる受光信号との差分を検出し、検出した差分を、解析部２８に送る。なお、計測セル１２を通過しているレーザ光の受光信号と、計測セルを通過していないレーザ光の受光信号との間の差分を検出することで、計測セルの通過により変化した成分をより正確に抽出することができる。
【００３７】
解析部２８は、差分検出部２６から送られる信号と、発光部１３を駆動させている条件、光学系１４（特にＶＯＡによる減衰）の条件とに基づいて、解析を行い、測定対象の物質の濃度を算出する。具体的には、解析部２８は、各種条件に基づいて計測セル１２に入射したレーザ光の強度を算出し、算出したレーザ光の強度と、受光部１６で受光したレーザ光の強度と比較し、排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度を算出する。つまり入射光と出射光との強度の比較から、計測セル１２を通過することで、計測セル１２中の排ガスの測定対象の物質によるレーザ光の吸収量を算出し、その吸収量に基づいて、排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度を算出する。
【００３８】
温度調整部１９は、光学系１４の温度を調整する調整機構であり、筐体４０と、温度センサ４２と、温度調整機構４４とを有する。筐体４０は、光学系１４の周囲を覆い、光学系１４を他の部材から隔離する箱である。つまり、筐体４０は、光学系１４を１つの閉空間の中に保持する部材である。なお、筐体４０には、発光部１３から光学系１４にレーザ光を案内する導光部材と、光学系１４から計測セル１２または受光部１６にレーザ光を案内する導光部材を通過させる貫通孔等が形成されている。なお、筐体４０の形状は特に限定されず、内部に空間がある種々の形状とすることができる。
【００３９】
温度センサ４２は、筐体４０の内部の温度を検出するセンサである。温度センサ４２は、筐体４０の内部の任意の位置の温度を検出できればよいが、複数点の温度を検出するようにしてもよい。
【００４０】
温度調整機構４４は、筐体４０の内部を加熱、冷却して、筐体４０の内部の温度を調整する機構であり、例えば加熱、冷却機構となるペルチェ素子を用いることができる。また、冷却には、水冷式、空冷式の冷却機構を用いることができ、加熱には、電気、光等のエネルギを熱に変換する種々の加熱機構を用いることができる。
【００４１】
温度調整部１９は、温度センサ４２の検出結果に基づいて、温度調整機構４４を動作させ、つまり、筐体４０の内部を加熱、または冷却し、筐体４０内の温度を一定の範囲または一定の温度に維持する。
【００４２】
ガス濃度計測装置１０は、以上のような構成であり、発光部１３から出力させた近赤外の波長域のレーザ光を、光学系１４により測定光と参照光に分離する。その後、測定光を計測セル１２の所定経路を通過させた後、受光部１６に到達させる。なお、計測セル１２内の排ガス中に測定対象の物質が含まれていると、計測セル１２を通過するレーザ光が吸収される。そのため、レーザ光は、排ガス中の測定対象の物質の濃度によって、受光部１６に到達するレーザ光の出力が変化する。また、参照光は、計測セル１２を通過させずに受光部１６に到達させる。受光部１６は、受光した測定光と参照光をそれぞれ受光信号に変換し、分析部１８に出力する。また、分析部１８は、発光部１３から出力したレーザ光の強度も取得する。分析部１８は、測定光の受光信号と参照光の受光信号とから差分を検出し、計測セル１２の通過により変化した成分を抽出する。分析部１８は、発光部１３から出力した光の強度と、受光信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル１２内を流れる排ガスの測定対象物の濃度を算出する。このようにガス濃度計測装置１０は、いわゆるＴＤＬＡＳ方式（Tunable  Diode  Laser  Absorption  Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー分光法）を用い、出力したレーザ光の強度と、受光部１６で検出した受光信号とに基づいて主管内の所定位置、つまり、測定位置を通過する排ガス中の測定対象の物質の濃度を、算出及び／または計測する。また、ガス濃度計測装置１０は、連続的に測定対象の物質の濃度を、算出及び／または計測することができる。なお、ガス濃度計測装置１０は、温度調整部１９により光学系１４の温度を調整しつつ、計測を行う。
【００４３】
次に、ガス濃度計測装置１０の動作をより詳細に説明する。ここで、図２は、ガス濃度計測装置の計測動作を示すフロー図である。まず、ガス濃度計測装置１０は、測定対象の計測を開始する前に、ステップＳ１２として、基準値の計測を行う。ここで、基準値は、計測セル１２に測定対象の排ガスが流れていない状態で計測を行い、算出した値である。つまり、ガス濃度計測装置１０は、ステップＳ１２としてオフセット処理を行う。
【００４４】
ガス濃度計測装置１０は、ステップＳ１２で基準値を測定したら、ステップＳ１４として温度維持動作を開始する。ここで、温度維持動作とは、温度調整部１９により、筐体４０の内部、つまり、光学系１４の温度条件を維持する、つまり、温度が変化しないように制御する動作である。なお、温度維持動作については、後ほど説明する。
【００４５】
ガス濃度計測装置１０は、ステップＳ１４で温度維持動作を開始したら、ステップＳ１６として、測定対象のガスの流通を開始する。具体的には、エンジン等の排ガス供給装置を駆動させ、計測セル１２への排ガスの供給を開始する。
【００４６】
ガス濃度計測装置１０は、ステップＳ１６でガスの流通を開始したら、ステップＳ１８として、レーザ光による測定を行い、ステップＳ２０として、測定対象の物質の濃度の算出を行う。具体的には、上述した方法で、計測セル１２に通過させた測定光と、計測セル１２を通過させない参照光とを受光部１６により受光し、その受光強度と各値とに基づいて、測定対象の波長における強度を測定する。さらに、ステップＳ１２で算出した基準値を用いて、測定した強度を補正することで、測定対象の物質の濃度を算出する。
【００４７】
ガス濃度計測装置１０は、ステップＳ２０で測定対象の物質の濃度を算出したら、ステップＳ２２として測定終了かを判定する。ガス濃度計測装置１０は、測定終了ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ１８に進む。このように、ガス濃度計測装置１０は、測定が終了するまで、測定と算出を繰り返し、計測セル１２を流れる排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度の計測、算出を繰り返す。また、ガス濃度計測装置１０は、ステップＳ２２で、測定終了（Ｙｅｓ）と判定したら、処理を終了する。
【００４８】
次に、温度調整部１９による光学系１４の温度維持動作（温度調整動作）について説明する。ここで、図３は、温度調整部の動作を示すフロー図である。ステップＳ１４で温度維持動作が開始されたら、温度調整部１９は、ステップＳ３０として、基準値を設定する。ここで、ステップＳ３０における基準値とは、温度制御の基準となる基準温度である。なお、基準温度は、任意の値に設定することができるが、計測精度をより高くすることができ、演算も簡単にできるため、ステップＳ１２で基準値を測定した際の基準温度とすることが好ましい。ステップＳ３０で設定する、基準値は、一定の範囲である。つまり、基準値は、上限と下限を有する一定の温度範囲である。
【００４９】
温度調整部１９は、ステップＳ３０で基準温度を設定したら、ステップＳ３２として温度を検出する。具体的には、温度センサ４２で、筐体４０内の温度を検出する。温度調整部１９は、ステップＳ３２で温度を検出したら、ステップＳ３４として、ステップＳ３２で検出した温度が基準値の上限よりも高いかを判定する。温度調整部１９は、ステップＳ３４で検出した温度が基準値の上限よりも高い（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ３６として、冷却処理を行う。具体的には、温度調整機構４４により筐体４０内を冷却する。温度調整部１９は、ステップＳ３６で筐体４０内を冷却したら、ステップＳ４２に進む。
【００５０】
また、温度調整部１９は、ステップＳ３４で検出した温度が基準値の上限よりも高くない（Ｎｏ）、つまり基準値の上限以下であると判定したら、ステップＳ３８として、基準値の下限よりも低いかを判定する。温度制御部１９は、ステップＳ３８で検出した温度が基準値の下限よりも低い（Ｙｅｓ）と判定したら、ステップＳ４０として、加熱処理を行う。具体的には、温度調整機構４４により筐体４０内を加熱する。温度調整部１９は、ステップＳ４０で筐体４０内を加熱したら、ステップＳ４２に進む。また、温度調整部１９は、ステップＳ３８で検出した温度が基準値の下限よりも低くない（Ｎｏ）、つまり、基準値の下限以上であると判定したら、ステップＳ４２に進む。
【００５１】
温度調整部１９は、ステップＳ４２として、処理終了であるかを判定する。温度調整部１９は、ステップＳ４２で、処理終了ではない（Ｎｏ）と判定したら、ステップＳ３２に進む。このように温度調整部１９は、処理を終了するまで筐体４０内の温度調整を行い、筐体４０内の温度を一定範囲、つまり基準値の上限と下限との間の温度に維持する。また、温度調整部１９は、ステップＳ４２で処理終了（Ｙｅｓ）と判定したら、処理を終了する。
【００５２】
このように、ガス濃度計測装置１０は、温度調整部１９により光学系１４の周囲の温度を所定範囲に維持しつつ、計測を行うことで、高い精度で排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度を計測することができる。
【００５３】
なお、図３では、温度調整部１９によって、基準値の上限より高い温度になったら冷却を行い、下限より低い温度になったら加熱を行う場合として説明したが、温度調整部１９の制御方法はこれに限定されない。温度調整部１９は、フィードバック制御（ＰＩ制御、ＰＩＤ制御）を用いて、加熱と冷却を調整するようにしてもよい。例えば、基準値を設定し、温度が基準値となるようにフィードバック制御を行いペルチェ素子に供給する電流の大きさ、また、その電流が流れる方向を制御するようにしてもよい。このようにフィードバック制御を用いることで、より高精度な制御を行うことができ、また、温度調整機構を円滑に使用することができる。また、上記図３に示す制御の場合も、計測温度に応じて加熱の程度（加熱量）、冷却の程度（冷却量）を調整するようにすることが好ましい。
【００５４】
以下、図４−１から図４−４を用いて説明する。図４−１から図４−４は、それぞれ受光した光の波長と出力強度との関係を模式的に示すグラフである。なお、図４−１から図４−４は、それぞれ縦軸を出力強度とし、横軸を周波数とした。なお、出力強度は、受光信号を演算処理した後の値である。具体的には、本実施形態では、測定対象の物質が特定波長のレーザ光を吸収し、その波長域の強度が低くなることを、検出するため、濃度が高くなるほどレーザ光の吸収量が多くなる。図４−１から図４−４では、この吸収量を出力として検出している。つまり、濃度が高く、吸収量が大きくなるほど、出力強度が大きくなる計算を行った結果を示している。
【００５５】
まず、ガス濃度計測装置１０では、発光部１３、光学系１４等のレーザ光を出力し、伝達する機構の特性により、周波数毎に出力のばらつきがあるため、図４−１に示すように、検出される受光信号にも周波数に応じた出力のばらつき（フリンジ）が生じる。なお、このフリンジは、発光部１３、光学系１４の内部の微細な形状や、反射点間の距離等によって発生し、それぞれの条件に基づいて形状、大きさ、位相が変化するものと考えられている。次に、計測時に計測セル１２内に測定対象の物質が一定濃度あると、特定の波長でレーザ光が吸収され、図４−２に示すように、波長αでの出力強度が大きくなる。
【００５６】
ここで、実際の計測では、測定対象の物質による吸収に起因する波長αでの出力強度の変化に、フリンジが加わるため、計測時の出力波形は、図４−３に示すように、図４−１の波形に図４−２の波形を重ねたものとなる。なお、図４−３は、測定対象の物質による吸収が発生する波長αに、フリンジの凹凸の凹部分（谷）が重なった場合である。また測定対象の物質による吸収が発生する波長αに、フリンジの凹凸の凸部分（山）が、重なると図４−４に示すように、出力波形となる。このように、ガス濃度計測装置１０は、フリンジの形状が変化すると、実際に計測される出力波形、及び吸収波長における出力が変化する。特に、図４−３から図４−４に示すように、測定対象となる周波数に対して、フリンジの凹部分が重なる状態から凸部分が重なる状態に変化すると計測される出力が大きく変化する。
【００５７】
ここで、光学系１４の温度が変化することでもフリンジに位相変化が生じる。つまり、計測中に光学系１４に温度変化が生じると、フリンジが周波数に対して移動し、同じ計測を行っていても、出力波形が図４−３に示す状態から、図４−４に示す状態に移動する。
【００５８】
これに対して、ガス濃度計測装置１０は、上述したように、温度調整部１９により光学系１４の温度を一定範囲に維持することで、計測時にフリンジが変化することを抑制することができる。これにより、フリンジの影響を小さくすることができ、計測精度をより高くすることができる。
【００５９】
また、計測前に計測の基準値を設定する、つまりオフセット処理を行うことで、測定対象の物質の濃度のみをより高い精度で計測することができる。つまり、フリンジの移動が発生すると、オフセット処理を行った場合でも、オフセット処理後のフリンジの変化が測定誤差となるが、ガス濃度計測装置１０は、フリンジの変化を抑制しつつ、計測前に計測の基準値を設定できるため、初期状態でのフリンジ（つまり図４−１の出力波形）の影響を少なくまたはなくすことができ、かつ、フリンジの移動の発生（つまり、図４−３から図４−４への変化）も抑制することができる。
【００６０】
以下、図５及び図６を用いて具体例を説明する。本具体例では、温度調整部を設けた本実施形態のガス濃度計測装置と、温度調整部を設けないガス濃度計測装置とで、計測を行った。なお、計測では、測定対象の物質を一酸化炭素とし、計測セル１２にあるガスを一定濃度の一酸化炭素を含むガスとした。つまり、濃度が変化しないガスの計測を行い、装置の計測精度を試験した。計測結果を図５及び図６に示す。ここで、図５及び図６は、濃度計測結果と、時間との関係を示すグラフである。また、図５に示すグラフは、温度調整部を設けた本実施形態のガス濃度計測装置による計測結果であり、図６に示すグラフは、温度調整部を設けないガス濃度計測装置による計測結果である。なお、図５及び図６は、縦軸をＣＯ（一酸化炭素）の計測濃度（％／ＦＳ（フーリエ級数（Fourier series）））とし横軸を時間（ｓ）た。なお、図５に示す測定では、３０分（１８００秒）間測定を行い、図６に示す測定では、６０分（３６００秒）間測定を行った。
【００６１】
図５に示すように、温度調整部を設けた本実施形態のガス濃度計測装置による計測では、ＣＯの計測濃度の変化を小さくすることができ、具体的には、基準値を中心として±２％／ＦＳの範囲の精度で計測できることがわかる。これに対して、図６に示すように、温度調整部を設けず、光学系の温度を制御しない場合では、計測値の変化が大きくなることがわかる。具体的には、基準値を中心として±２％／ＦＳの範囲を超える値も計測されることがわかる。このように、温度調整部を設け、光学系の温度（筐体内の温度）を一定範囲に維持することで、計測精度を高くすることができる。
【００６２】
ここで、温度調整部１９は、筐体４０内の温度変化を０．３℃以下とすることが好ましい。具体的には、基準値を基準として、±０．３℃の範囲に維持することが好ましい。つまり、上限を基準値＋０．３℃以下と設定し、下限を基準値−０．３度以上に設定することが好ましい。ここで、図７は、計測値のドリフト量と、温度変化との関係を示すグラフである。なお、図７では、縦軸をドリフト量（％／ＦＳ）とし、横軸を基準値に対する温度変化（℃）とした。なお、ドリフト量とは、濃度の計測の際の基準値（計測によって測定されるべき値）に対する変化量（差分）である。図７に示すように、基準値に対する温度変化を０．３℃以下とすることで、ドリフト量を２％／ＦＳ（本測定では、１．５％／ＦＳ以下）とすることができる。これにより、測定誤差をより小さくすることができる。
【００６３】
ここで、温度調整部１９の筐体４０は、外周を断熱材料で覆う構成とすることが好ましい。このように断熱材料で外周を覆うことで、筐体４０の内部に筐体４０の外部からの熱が伝わることを抑制することができる。なお、筐体４０は、温度調整機構４４により、筐体４０の内部から取得した熱を放出する部分、加熱する部分は、熱交換可能とすることが好ましい。また、放熱領域には、ヒートシンク、ヒートパイプを設けることが好ましい。
【００６４】
また、筐体４０は、内部を例えば、金属等の熱伝導性の高い部材で構成することが好ましい。このように筐体４０の内部の熱伝導性を高くすることで、筐体４０の内部の温度を高い精度で調整することが可能となる。
【００６５】
なお、基準値を設定するための計測（ステップＳ１２の計測）は、光学系の周囲の温度（温度センサにより検出される温度）を予め設定された温度にして計測を行うことが好ましい。これにより、周波数に対するフリンジの大きさの変化を小さくすることができ、計測間での誤差を小さくすることができる。例えば、測定前に暖機運転等を行うことで、所定の温度状態にすることができる。
【００６６】
（実施形態２）
上記実施形態では、温度調整部１９により光学系１４の温度（光学系１４を含む空間の温度）を調整したが、本発明はこれに限定されず、さらに、温度調整部により受光部の温度も調整してもよい。以下、図８を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図８は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、図８に示すガス濃度計測装置６０は、温度調整部を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置１０と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置６０の構成で、ガス濃度計測装置１０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置６０に特有の点を説明する。
【００６７】
図８に示すガス濃度計測装置６０は、計測セル１２と、発光部１３と、光学系１４と、受光部１６と、分析部１８と、温度調整部６２と、制御部５０とを有する。なお、計測セル１２と、発光部１３と、光学系１４と、受光部１６と、分析部１８と、制御部５０とは、図１に示すガス濃度計測装置１０の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００６８】
温度調整部６２は、筐体６４と、温度センサ４２と、温度調整機構４４とを有する。筐体６４は、光学系１４と受光部１６との周囲を覆い、光学系１４と受光部１６とを他の部材から隔離する箱である。つまり、筐体６４は、光学系１４と受光部１６とを１つの閉空間の中に保持する部材である。なお、温度センサ４２と、温度調整機構４４とは、温度調整部１９の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００６９】
温度調整部６２は、温度センサ４２によって検出した結果に基づいて温度調整機構４４の動作を制御することで、筐体６４内の温度を一定範囲に維持することができる。つまり、光学系１４と受光部１６の周囲の温度を一定範囲に維持することができる。これにより、光学系１４のみならず受光部１６の温度変化も抑制することができる。
【００７０】
ここで、受光部１６を構成する受光素子２４、２５もレーザ光を案内する機構等を備えているため、フリンジを発生させる。受光部１６で発生するフリンジは、光学系１４で発生するフリンジよりも小さいが、受光部１６の温度変化を抑制し、受光部１６で発生するフリンジの移動も抑制できることで、計測精度をより高くすることができる。
【００７１】
（実施形態３）
上記実施形態では、複数の発光素子ユニットを備える発光部を用い、複数波長のレーザ光を合波した測定光を用いたが、本発明はこれに限定されない。以下、図９を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図９は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、図９に示すガス濃度計測装置８０は、各構成部材の個数（ユニット数）を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置１０と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置８０の構成で、ガス濃度計測装置１０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置８０に特有の点を説明する。
【００７２】
図９に示すガス濃度計測装置８０は、計測セル１２と、発光部８２と、光学系８４と、受光部１６と、分析部１８と、温度調整部８６と、制御部５０とを有する。なお、計測セル１２と、受光部１６と、分析部１８と、制御部５０とは、図１に示すガス濃度計測装置１０の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００７３】
発光部８２は、発光素子ユニット２０ａを有する。また、光学系８４は、分光器３０ａと、ＶＯＡ３２ａ、３４ａとを有する。また、温度調整部８６は、筐体８８と、温度センサ４２と、温度調整機構４４とで構成されている。各部の構成は、基本的に、温度調整部１９と同様である。温度調整部８６の筐体８８は、光学系８４を覆うように配置されている。温度調整部８６は、筐体８８で外周を覆っている、光学系８４の分光器３０ａと、ＶＯＡ３２ａ、３４ａと、を所定範囲の温度に維持する。
【００７４】
ガス濃度計測装置８０は、１つの発光素子ユニット２０ａとそれに対応する光学系８４のみを有し、１つの発光素子ユニット２０ａから射出されたレーザ光を分光し、一方を測定光として、計測セル１２に入射させ、他方を参照光として、そのまま受光部１６に入射させる。なお、上記構成は、測定対象の物質が１つの物質である場合に有効に利用することができる。測定対象の物質が１つの物質、つまり単一ガス計測のガス濃度計測装置８０も、温度調整部８６により、光学系８４（光学系８４が配置されている雰囲気の温度）の温度を一定範囲に維持することで、高い精度で排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度を計測することができる。
【００７５】
（実施形態４）
上記実施形態では、１つの筐体で、光学系を覆い、光学系（光学系が配置されている雰囲気）の温度を調整したが、本発明はこれに限定されない。以下、図１０を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図１０は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図である。なお、図１０に示すガス濃度計測装置１００は、温度調整部１０１の構成を除いて他の構成は、ガス濃度計測装置８０と同様の構成である。そこで、ガス濃度計測装置１００の構成で、ガス濃度計測装置８０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略し、以下、ガス濃度計測装置１００に特有の点を説明する。
【００７６】
図１０に示すガス濃度計測装置１００は、計測セル１２と、発光部８２と、光学系８４と、受光部１６と、分析部１８と、温度調整部１０１と、制御部５０とを有する。なお、計測セル１２と、発光部８２と、光学系８４と、受光部１６と、分析部１８と、制御部５０とは、図９に示すガス濃度計測装置８０の各部と同様の構成であるので、説明を省略する。
【００７７】
温度調整部１０１は、温度調整ユニット１０２、１０４、１０６で構成されている。ここで、温度調整ユニット１０２は、第１筐体１１０ａと、温調素子１１２ａと、温調器１１４ａと、第２筐体１１６ａとで構成され、分光器３０ａに対応して設けられている。また、温度調整ユニット１０４は、第１筐体１１０ｂと、温調素子１１２ｂと、温調器１１４ｂと、第２筐体１１６ｂとで構成され、ＶＯＡ３２ａに対応して設けられている。また、温度調整ユニット１０６は、第１筐体１１０ｃと、温調素子１１２ｃと、温調器１１４ｃと、第２筐体１１６ｃとで構成され、ＶＯＡ３４ａに対応して設けられている。ここで、温度調整ユニット１０２と、温度調整ユニット１０４と、温度調整ユニット１０６とは、配置位置が異なるのみで、基本的構成は、同様であるので、以下、代表して、温度調整ユニット１０２の各部について説明する。
【００７８】
第１筐体１１０ａは、分光器３０ａの外周を覆う金属製の箱状の部材である。第１筐体１１０ａは、分光器３０ａを１つの閉空間の中に保持する部材である。温調素子１１２ａは、第１筐体１１０ａに隣接して配置されており、第１筐体１１０ａを加熱、冷却して、第１筐体１１０ａの内部の雰囲気、及び分光器３０ａの温度を調整する素子である。また、温調器１１４ａは、温調素子１１２ａを制御する制御部である。例えば、温調素子１１２ａとしてペルチェ素子を用いる場合、温調器１１４ａは、温調素子１１２ａに流す電流、電圧を制御し、加熱、冷却を制御する。なお、温調素子１１２ａ及び温調器１１４ａの組み合わせが上述の温度調整機構に対応する。
【００７９】
第２筐体１１６ａは、第１筐体１１０ａと温調素子１１２ａの外周を覆うように配置された箱状部材であり、温調素子１１２ａから排出された熱を効率よく排出する放熱板として機能する。また、第１筐体１１０ａと温調素子１１２ａとを１つの閉空間に配置することで、温調素子１１２ａと第１筐体１１０ａとの間での熱交換の効率を向上させている。また、第１筐体１１０ａが温調素子１１２ａ以外から熱の影響を受けることを抑制している。これにより、温調素子１１２ａによる温度調整をより高精度に行うことを可能としている。温度調整ユニット１０２は、以上のような構成であり、第１筐体１１０ａ及び第２筐体１１６ａで分光器３０ａの外周を覆い、温調素子１１２ａ、温調器１１４ａで第１筐体１１０ａ内の温度、分光器３０ａの温度を調整することで、分光器３０ａの周囲の温度を一定範囲に保持する。
【００８０】
また、上述と同様に、温度調整ユニット１０４は、ＶＯＡ３２ａの周囲の温度を一定範囲に保持し、温度調整ユニット１０６は、ＶＯＡ３４ａの周囲の温度を一定範囲に保持する。
【００８１】
ガス濃度計測装置１００のように、光学系８４の各構成部材を別々の閉空間に配置し、その空間内の温度を一定範囲に維持することでも、光学系８４の各構成部材（構成部材が配置されている雰囲気の温度）の温度を一定範囲に維持することができ、高い精度で排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度を計測することができる。
【００８２】
また、このように、別々の温度調整ユニットを用いて、温度調整を行う場合は、温度調整ユニットを全て同一の温度に維持する必要はなく、各温度調整ユニットでの温度変化を一定温度範囲以内に維持すればよい。つまり、基準として設定した温度からの変化を一定値以下とすればよく、基準として設定した温度は、温度調整ユニット毎に異なる値でもよい。温度変化を抑制することで、フリンジの移動を抑制することができ、計測値に発生する誤差を抑制することができる。
【００８３】
なお、各温度調整ユニットは、さらに温度センサを備え、温度センサの検出結果に基づいて、温度を調整するようにしてもよい。また、温調素子を常に一定温度に維持することでも、制御対象の温度を一定に維持するようにすることができる。
【００８４】
また、各構成部材を別々にする必要はなく、一部の構成部材は、同じ閉空間内に配置してもよい。例えば、２つのＶＯＡは、同じ筐体（同じ温度調整ユニット）に配置し、分光器は、別の筐体（別の温度調整ユニット）に配置するようにしてもよい。
【００８５】
（実施形態５）
上記実施形態では、いずれも差分光学系、つまり、レーザ光を分光し、測定光と参照光とに分け、計測セルを通過させない参照光を用いて測定光を補正して、受光信号を検出する測定方法を用いたが本発明はこれに限定されない。以下、図１１及び図１２を用いて、他の実施形態について説明する。ここで、図１１は、ガス濃度計測装置の他の実施形態の概略構成を示す模式図であり、図１２は、図１１に示す発光部の概略構成を示す模式図である。なお、図１１に示すガス濃度計測装置１２０で、ガス濃度計測装置１０と同様の構成の部分は、同一の符号を付してその説明は省略する。
【００８６】
図１１に示すガス濃度計測装置１２０は、計測セル１２と、発光部１２２と、受光素子２４と、分析部１２４と、温度調整部１３０と、制御部５０とを有する。なお、ガス濃度計測装置１２０は、１つの受光素子２４が受光部を構成する。
【００８７】
発光部１２２は、発光素子ユニット２０ａを有する。発光素子ユニット２０ａについては後ほど説明する。また、分析部１２４は、受光素子２４で受光信号を増幅させるアンプ１２６と、アンプ１２６で増幅された受光信号を解析する解析部１２８とを有する。
【００８８】
次に、図１２を用いて、発光素子ユニット２０ａと、温度調整部１３０の構成を説明する。発光素子ユニット２０ａは、図１２に示すように、発光素子１４０と、ペルチェ素子１４２と、レンズ１４４と、光ファイバ１４６とを有する。発光素子１４０は、所定波長域のレーザ光を発光させる素子であり、例えば、電圧が印加されることで、レーザ光を発光させる半導体レーザ等を用いることができる。ペルチェ素子１４２は、発光素子１４０の温度を調整する温度調整機構である。ペルチェ素子１４２により発光素子１４０の温度を調整することで、発光素子１４０の発光効率、発光特性等を維持する。レンズ１４４は、発光素子１４０から出力されたレーザ光を集光させる集光レンズである。光ファイバ１４６は、レーザ光を案内する導光部材であり、一方の端部がレンズ１４４と対面している。
【００８９】
発光素子ユニット２０ａは、発光素子１４０から発光されたレーザ光をレンズ１４４により集光して、光ファイバ１４６に入射させ、光ファイバ１４６により、対象物（本実施形態では、計測セル１２の光入射位置）まで案内することで、目的位置にレーザ光を入射させる。また、ペルチェ素子１４２で発光素子１４０の温度を調整することで、発光素子１４０から安定してレーザ光を発光させることができる。
【００９０】
次に、温度調整部１３０は、筐体１５０と、温度センサ１５２と、温度調整機構１５４とを有する。筐体１５０は、発光素子ユニット２０ａの外周、具体的には、発光素子１４０と、ペルチェ素子１４２と、レンズ１４４と、光ファイバ１４６の外周を覆い、各部を１つの閉空間の中に配置させる箱上の部材である。なお、光ファイバ１４６は、レーザ光が入射される側の端部近傍の一部のみ筐体１５０の内部に配置されており、他の部分は筐体１５０の外部に配置されている。また、温度センサ１５２と、温度調整機構１５４とは、上述した温度センサ４２、温度調整機構４４と同様の構成であるので、説明を省略する。なお、温度調整機構１５４は、筐体１５０の内部に埋め込まれて、配置されている。温度調整機構１５４は、筐体１５０の外周面に設けても、筐体１５０の内部に設けてもよい。
【００９１】
温度調整部１３０は、温度センサ１５２に基づいて、温度調整機構１５４の動作を制御することで、筐体１５０の内部の温度を一定範囲に維持する。これにより、発光素子ユニット２０ａの温度変化を抑制することができる。具体的には、発光素子１４０のみならず、レンズ１４４、光ファイバ１４６の入射側の一部の温度変化を抑制することができる。
【００９２】
ガス濃度計測装置１２０は、発光部１２２からレーザ光を照射させて、計測セル１２に入射させる。入射されたレーザ光は、計測セル１２を通過した後、受光素子２４に入射される。受光素子２４は、受光したレーザ光の受光信号を分析部１２４に送る。分析部１２４は、送られた受光信号を解析、具体的には、計測セル１２を通過することで吸収されたレーザ光の所定波長の強度を算出することで、計測セル１２を流れる排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度を算出する。なお、分析部１２４は、受光素子で受光したレーザ光の強度と、発光部１２２から出力したレーザ光の強度及び光を案内する構成（セル通過時の減光等）の特性を加味することで、濃度を算出することができる。
【００９３】
ここで、発光素子ユニット２０ａもレンズ１４４、光ファイバ１４６等の光学系を備えているため、温度変化によりフリンジを発生させる。これに対して、温度調整部１３０により、温度変化を抑制することで、レンズ１４４、光ファイバ１４６の特性の変化を抑制でき、また、各部の位置関係が、膨張収縮などにより変化することも抑制できる。これにより、発光素子ユニット２０ａで発生するフリンジの移動を抑制することができ、計測精度を高くすることができる。
【００９４】
このように、光を分光させ（さらには、合波させ）る差分光学系の計測装置に限定されず、温度調整部により、種々の光学系の温度変化を抑制することにより、計測精度を高くすることができる。また、上述した発光部の温度調整部は、差分光学系のガス濃度計測装置に設けてもよい。温度調整部により、温度変化を抑制させた光学系、特に計測セル入射前の光学系を多くすることで、計測精度をより高くすることができる。
【００９５】
また、上記実施形態では、いずれも計測セルの主管と、排ガスを流す案内管とを別部材としたが、一体としてもよい。例えば、計測セルの主管が排ガスを排出する装置に直接連結してもよい。
【００９６】
また、計測セルの主管の管形状は、レーザ光が通過できればよく、断面が円となる管としても、断面が多角形になる管としても、断面が楕円形となる管としてもよい。また、管の内周の断面と外周の断面が異なる形状となってもよい。
【００９７】
また、上記実施形態では、本発明の効果をより好適に得ることができ、高精度な計測を行うことが可能となるため、いわゆるＴＤＬＡＳ方式により、ガスに含まれる対象物質の濃度を計測する場合として説明したが、本発明はこれに限定されず、レーザ光を利用して（透過させる）ことで、ガスの分析を行う種々の装置、方法に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明にかかる光学式ガス分析装置、ガス分析方法及び分析装置制御方法は、計測セル内を充填されたガスを分析するのに有用である。
【符号の説明】
【００９９】
１０、６０、８０、１００、１２０  ガス濃度計測装置
１２  計測セル
１３、８２、１２２  発光部
１４、８４  光学系
１６  受光部
１８、１２４  分析部
１９、６２、８６、１３０  温度調整部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  発光素子ユニット
２４、２５  受光素子
２６  差分検出部
２８  解析部
３０ａ、３０ｂ、３０ｂ  分光器
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ  ＶＯＡ
３６、３８  合波器
４０、６４  筐体
４２  温度センサ
４４  温度調整機構
１０２、１０４、１０６  温度調整ユニット
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ  第１筐体
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ  温調素子
１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ  温調器
１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ  第２筐体
１４０  発光素子
１４２  ペルチェ素子
１４４  レンズ
１４６  光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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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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