(57)【要約】【課題】装置構成を変更することなく、光路長が短い透過光を除外して光路長が長い透過光を用いた吸光分析によりガスの濃度を精度よく測定する。【解決手段】第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８により閉光路が形成され、回転軸を中心に回転し、周囲に等間隔で光が通過可能な光通過部分が形成され、光通過部３４以外の部分は光反射部材であり、光通過部３４が閉光路の光が通過可能な位置に配置されたチョッパー型ミラー２２が閉光路からの光が入射可能になった時間から光強度検出器２６が出力した信号が極小値を示すまで、光強度検出器２６が出力した信号に基づいてガスセル２０内のガスの濃度を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源から入射された光の閉光路を形成する光学系と、
前記閉光路の光路中に配置され、内部にガスが供給されると共に前記閉光路の光が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、
前記閉光路に前記光源からの光を入射することを許可すると共に、前記許可によって前記容器を通過した光を前記閉光路から出射することを許可する許可器と、
前記許可器を介して前記閉光路から出射した光が入射するように配置され、入射した光の強度に応じた信号を出力する光強度検出器と、
前記許可の状態を検出可能で、前記閉光路に前記光源からの光が入射され且つ前記閉光路を介して前記容器を複数回通過した光が前記閉光路から出射されるように、前記許可器を制御すると共に、前記許可の状態に切り替わった時間に対応する時間から前記光強度検出器が出力した信号の強度が極小値を示す時間に対応する時間までの区間において前記光強度検出器が出力した信号に基づいて前記容器内のガスの濃度を算出する制御器と、
を備えた濃度測定装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記容器に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、前記入射することが許可されて前記閉光路に入射された光が前記容器の内部を通過する回数が多くなるように、前記許可器を制御する請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記許可器は、
光が通過可能な部分が形成された移動部材と、
前記部分を前記閉光路の光が通過して前記閉光路から出射できる位置と、前記閉光路の光が前記移動部材の前記部分以外の所定の部分で反射して前記閉光路に戻る位置とに前記移動部材を移動させる機構と、
を備え、
前記制御器は、前記容器に供給されたガスの想定される濃度に応じて、前記回数が調整されるように、前記機構を制御する請求項２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記移動部材は、軸を中心に回転し、光が通過可能な部分が形成され、前記部分を前記閉光路の光が通過可能な位置に配置された回転部材であり、
前記機構は、前記回転部材の前記回転を制御し、
前記制御器は、前記容器に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、回転部材の回転速度を小さくするように、前記機構を制御する、
請求項３に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記回転部材の回転角度を検出する回転角検出器を更に備え、
前記制御器は、前記回転角検出器が検出した回転角度に基づいて、前記許可の状態を検出する請求項４に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記許可器は、
光が通過可能な通過可能状態と光が通過不可能な通過不可能状態とに変更可能な部分を有し、前記通過可能状態に変更された前記部分を前記閉光路の光が通過可能な位置に配置された光通過状態変更器と、
前記光通過状態変更器の前記部分を前記通過可能状態又は前記通過不可能状態に選択的に切り替える切り替え器と、
を備え、
前記制御器は、前記容器に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、前記入射することが許可されて前記閉光路に入射された光が前記容器の内部を通過する回数が多くなるように、前記切り替え器を制御する、
請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記光通過状態変更器は、電子シャッターであり、
前記制御器は、前記電子シャッターを開く制御信号の送信時に基づいて、前記許可の状態を検出する請求項６に記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記容器は、少なくとも前記閉光路の光が入射する入射部分及び前記内部を通過して前記閉光路に出射する出射部分が透明である、
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の濃度測定装置。
【請求項９】
光源と、
光源から入射された光の閉光路を形成する光学系と、
前記閉光路の光路中に配置され、内部にガスが供給されると共に前記閉光路の光が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、
前記閉光路に前記光源からの光を入射することを許可すると共に、前記許可によって前記容器を通過した光を前記閉光路から出射することを許可する許可器と、
前記許可器を介して前記閉光路から出射した光が入射するように配置され、入射した光の強度に応じた信号を出力する光強度検出器と、
前記許可の状態を検出可能で、前記閉光路に前記光源からの光が入射され且つ前記閉光路を介して前記容器を複数回通過した光が前記閉光路から出射されるように、前記許可器を制御すると共に、前記許可の状態を検出した時間から前記光強度検出器が出力した信号の強度が極小値を示すまで前記光強度検出器が出力した信号に基づいて前記容器内のガスの濃度を算出する制御器と、
を備えた濃度測定装置における濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濃度測定装置及び濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスセルの前段に捕集管を設け、測定対象のガス成分を捕集管に吸着させて捕集した後、ヒータによる加熱によってガス成分を脱着させることによりガス成分を濃縮してガスセルに封入し、封入されたガスに干渉光を照射し、ガスセルから出射した光を検出器で検出し、検出された光の強度に基づいて、ガスの濃度を求める装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−２７０３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
濃度測定装置では、低濃度のガスを測定する場合、検出感度を高めるために光がガスセルを透過する距離（光路長）を長くして、吸光度を高めることを要する。上記従来の装置では、ガスセル内に多重反射ミラーを起き、光源からの赤外光をガスセル内で数回往復させることにより、光路長を長くしている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の装置では、ガスが高濃度の場合、赤外光が測定対象のガスに吸収されることにより、赤外線センサ等の光強度検出器で光を検出できない、または濃度変化に対する吸光度の感度が担保され難いおそれがある。また、光強度検出器の出力信号には、光路長が長い透過光と光路長が短い透過光とが含まれ得る。光路長が短い透過光は、光路長が長い透過光に比して吸光度を示す信号のＳＮ比は低下するので、光路長が長い透過光でガス濃度の測定を行うべきであるが、上記従来の装置では、光路長が長い透過光と短い透過光とを分離することができない。
【０００６】
以上に鑑みると、ガスセルに封入されたガスの濃度が高いと想定される場合と低いと想定される場合とで、ガスの濃度を精度よく測定するためには、検出器を変更する等、装置の構成を変更することが必要となる。
【０００７】
本発明は、装置構成を変更することなく、光路長が短い透過光を除外して光路長が長い透過光を用いた吸光分析によりガスの濃度を精度よく測定する濃度測定装置及び濃度測定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】
【０００８】
上記目的を達成するため本願の請求項１に記載の発明の濃度測定装置は、光源と、光源から入射された光の閉光路を形成する光学系と、前記閉光路の光路中に配置され、内部にガスが供給されると共に前記閉光路の光が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、前記閉光路に前記光源からの光を入射することを許可すると共に、前記許可によって前記容器を通過した光を前記閉光路から出射することを許可する許可器と、前記許可器を介して前記閉光路から出射した光が入射するように配置され、入射した光の強度に応じた信号を出力する光強度検出器と、前記許可の状態を検出可能で、前記閉光路に前記光源からの光が入射され且つ前記閉光路を介して前記容器を複数回通過した光が前記閉光路から出射されるように、前記許可器を制御すると共に、前記許可の状態を検出した時間から前記光強度検出器が出力した信号の強度が極小値を示すまで前記光強度検出器が出力した信号に基づいて前記容器内のガスの濃度を算出する制御器と、を備えている。
【０００９】
光学系は、光源から入射された光の閉光路を形成する。閉光路の光路中には内部に測定対象のガスが供給される容器があり、光源から入射された光が容器内部を通過する。許可器は、容器を通過した光を前記閉光路から出射することを許可する。
【００１０】
制御器は、閉光路を介して容器を複数回通過した光が閉光路から出射されるように、許可器を制御して光強度検出器に光を入射させると共に、許可器が許可状態になった時間から光強度検出器が出力した信号の強度が極小値を示すまで光強度検出器が出力した信号に基づいて容器内のガスの濃度を算出する。
【００１１】
前記制御器は、請求項２の発明のように、前記容器に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、前記入射することが許可されて前記閉光路に入射された光が前記容器の内部を通過する回数が多くなるように、前記許可器を制御するようにしてもよい。
【００１２】
前記許可器は、請求項３の発明のように、光が通過可能な部分が形成された移動部材と、前記部分を前記閉光路の光が通過して前記閉光路から出射できる位置と、前記閉光路の光が前記移動部材の前記部分以外の所定の部分で反射して前記閉光路に戻る位置とに前記移動部材を移動させる機構と、を備え、前記制御器は、前記容器に供給されたガスの想定される濃度に応じて、前記回数が調整されるように、前記機構を制御するようにしてもよい。
【００１３】
前記移動部材は、請求項４の発明にように、軸を中心に回転し、光が通過可能な部分が形成され、前記部分を前記閉光路の光が通過可能な位置に配置された回転部材であり、前記機構は、前記回転部材の前記回転を制御し、前記制御器は、前記容器に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、回転部材の回転速度を小さくするように、前記機構を制御するようにしてもよい。
【００１４】
また、請求項５の発明のように、前記回転部材の回転角度を検出する回転角検出器を更に備え、前記制御器は、前記回転角検出器が検出した回転角度に基づいて、前記許可の状態を検出するようにしてもよい。
【００１５】
前記許可器は、請求項６の発明のように、光が通過可能な通過可能状態と光が通過不可能な通過不可能状態とに変更可能な部分を有し、前記通過可能状態に変更された前記部分を前記閉光路の光が通過可能な位置に配置された光通過状態変更器と、前記光通過状態変更器の前記部分を前記通過可能状態又は前記通過不可能状態に選択的に切り替える切り替え器と、を備え、前記制御器は、前記容器に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、前記入射することが許可されて前記閉光路に入射された光が前記容器の内部を通過する回数が多くなるように、前記切り替え器を制御するようにしてもよい。
【００１６】
前記光通過状態変更器は、請求項７の発明のように、電子シャッターであり、前記制御器は、前記電子シャッターを開く制御信号の送信時に基づいて、前記許可の状態を検出するようにしてもよい。
【００１７】
なお、前記容器は、請求項８の発明のように、少なくとも前記閉光路の光が入射する入射部分及び前記内部を通過して前記閉光路に出射する出射部分が透明であってもよい。
【００１８】
請求項９に記載の濃度測定方法は、光源と、光源から入射された光の閉光路を形成する光学系と、前記閉光路の光路中に配置され、内部にガスが供給されると共に前記閉光路の光が前記内部を通過して前記閉光路に出射する容器と、前記閉光路に前記光源からの光を入射することを許可すると共に、前記許可によって前記容器を通過した光を前記閉光路から出射することを許可する許可器と、前記許可器を介して前記閉光路から出射した光が入射するように配置され、入射した光の強度に応じた信号を出力する光強度検出器と、前記許可の状態を検出可能で、前記閉光路に前記光源からの光が入射され且つ前記閉光路を介して前記容器を複数回通過した光が前記閉光路から出射されるように、前記許可器を制御すると共に、前記許可の状態を検出した時間から前記光強度検出器が出力した信号の強度が極小値を示すまで前記光強度検出器が出力した信号に基づいて前記容器内のガスの濃度を算出する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、装置構成を変更することなく、光路長が短い透過光を除外して光路長が長い透過光を用いた吸光分析によりガスの濃度を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態の濃度測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】（Ａ）はチョッパー型ミラー２２の正面図であり、（Ｂ）はチョッパー型ミラー２２の側面図である。
【図３】赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射される時の濃度測定装置の様子を示した説明図である。
【図４】赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射される時のチョッパー型ミラー２２の光通過部３４の位置を示した説明図である。
【図５】入射された赤外線が閉光路を何度も周回する様子を示した説明図である。
【図６】入射された赤外線が閉光路を何度も周回する時のチョッパー型ミラー２２の光反射部３２の位置を示した説明図である。
【図７】閉光路から出射した赤外線が光強度検出器２６に到達する様子を示した説明図である。
【図８】（Ａ）は光強度検出器２６が検出した透過光強度を示す出力信号６４の一例を示した説明図であり、（Ｂ）は出力信号６４に含まれる周回光６０に係る信号（周回光信号）６６と１周光６２に係る信号（１周光信号）６８とを各々示した説明図である。
【図９】第２の実施の形態の濃度測定装置の構成を示す概略図である。
【図１０】光強度検出器２６からの赤外線がチョッパー型ミラー２２を介してガスセル２０に到達する様子を示した説明図である。
【図１１】赤外線が、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復する様子を示した説明図である。
【図１２】チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復した赤外線が、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４と、ビームスプリッタ４２とを介して、光強度検出器２６に到達する様子を示した説明図である。
【図１３】第３の実施の形態の濃度測定装置の構成を示す概略図である。
【図１４】（Ａ）は光強度検出器２６が検出した透過光強度を示す出力信号８０の一例を示した説明図であり、（Ｂ）は出力信号８０に含まれる周回光７４に係る信号（周回光信号）８２と反射光７８に係る信号（反射光信号）８４と１周光７６に係る信号（１周光信号）８６とを各々示した説明図である。
【図１５】第４の実施の形態の濃度測定装置の構成を示した概略図である。
【図１６】第１の変形例に係る濃度測定装置の構成を示した説明図である。
【図１７】第２の変形例に係る濃度測定装置の構成を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１には、第１の実施の形態の濃度測定装置の構成が示されている。図１に示すように、第１の実施の形態の濃度測定装置は、赤外線を発光する赤外光源１２と、赤外光源１２から入射された光が周回するように閉光路を形成する第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８と、を備えている。濃度測定装置は、第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８により形成される閉光路の光路中に配置され、内部にガスが供給されると共に閉光路の光が内部を通過して閉光路に出射するガスセル２０を備えている。ガスセル２０は、少なくとも閉光路の光が入射する入射部分及び内部を通過して閉光路に出射する出射部分が透明である。なお、ガスセル２０は全体が透明であってもよい。
【００２３】
濃度測定装置は、閉光路に赤外光源１２からの赤外線を入射することを許可すると共に、当該許可によってガスセル２０を通過した赤外線を閉光路から出射することを許可するチョッパー型ミラー２２とを備えている。チョッパー型ミラー２２は、軸を中心に回転する円板状に形成されている。濃度測定装置は、チョッパー型ミラー２２の単位時間当たりの回転数（回転速度）を制御する回転数調整機構２４を備えている。
【００２４】
濃度測定装置は、チョッパー型ミラー２２を介して閉光路から出射した光の強度を検出する光強度検出器２６を備えている。
【００２５】
濃度測定装置は、赤外光源１２、回転数調整機構２４、光強度検出器２６に接続される制御器２８を備えている。なお、制御器２８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ディスプレイ等を備えたコンピュータにより構成されている。ＲＯＭには、後述する濃度測定処理プログラムが記憶されている。濃度測定処理プログラムは、ＲＯＭから読み出され、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵにより実行されて、濃度測定処理が実行される。
【００２６】
なお、制御器２８には、ガスセル２０に、赤外線非吸収ガスを供給する図示しない赤外線非吸収ガス供給部と、ガスセル２０に、測定対象ガスを供給する図示しない測定対象ガス供給部とが更に接続され、制御器２８は、赤外線非吸収ガス供給部又は測定対象ガス供給部を制御して、ガスセル２０に、赤外線非吸収ガス又は測定対象ガスを供給する。
【００２７】
制御器２８は、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度に応じて、入射することが許可されて閉光路に入射された光がガスセル２０に供給されたガスを通過する回数が調整されて、閉光路から出射するように、回転数調整機構２４を制御する。制御器２８は、光強度検出器２６により検出された光の強度に基づいて、ガスの濃度を算出する。
【００２８】
次に、チョッパー型ミラー２２の構成を説明する。図２には、チョッパー型ミラー２２の構成が示されている。図２（Ａ）には、チョッパー型ミラー２２の正面図が示され、図２（Ｂ）には、チョッパー型ミラー２２の側面図が示されている。
【００２９】
図２に示すように、チョッパー型ミラー２２は、回転軸３０を中心に回転する回転部材である。チョッパー型ミラー２２の周囲には、等間隔で光が通過可能な光通過部３４が形成されている。チョッパー型ミラー２２は、光通過部３４を閉光路の光が通過可能な位置に配置されている。なお、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４以外の部分は、光反射部３２に形成されている。光通過部３４は、光反射部３２における入射開始縁３４Ａと入射終了縁３４Ｂとの間において画定されている。チョッパー型ミラー２２の光反射部３２が設けられた面に対して、反対の面は、光を反射せずに吸収する光吸収部３６になっている。光吸収部３６は、一例として黒色つや消し塗装等の表面処理が施される。
【００３０】
次に、図３〜図７を参照して、赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射され、入射された赤外線が閉光路を何度も周回し、その後、光強度検出器２６に到達する様子を説明する。
【００３１】
図３には、赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射される時の濃度測定装置の様子が示されている。図４は、赤外光源１２からの赤外線が閉光路に入射される時のチョッパー型ミラー２２の光通過部３４の位置が示されている。図５には、入射された赤外線が閉光路を何度も周回する様子が示されている。図６には、入射された赤外線が閉光路を何度も周回する時のチョッパー型ミラー２２の光反射部３２の位置が示されている。図７には、閉光路から出射した赤外線が光強度検出器２６に到達する様子が示されている。
【００３２】
チョッパー型ミラー２２が回転して、図４に示すように、閉光路に光通過部３４が位置し、赤外光源１２から赤外線が照射されると、図３に示すように、照射された赤外線は、光通過部３４を通過し、第１の反射鏡１４に向かう。第１の反射鏡１４に向かった赤外線は、図５に示すように、第１の反射鏡１４で、ガスセル２０に入射する。第１の反射鏡１４からガスセル２０に向かった赤外線は、ガスセル２０の透明な入射部分を介して、ガスセル２０の内部に侵入し、ガスセル２０の内部を通過し、ガスセル２０の透明な出射部分を介して閉光路に出射する。ガスセル２０の透明な出射部分を介して閉光路に出射した赤外線は第２の反射鏡１６に到達し、第２の反射鏡１６で反射して、第３の反射鏡１８に到達し、第３の反射鏡１８で反射してチョッパー型ミラー２２に向かう。図６に示すように、閉光路に光反射部３２が位置していると、第３の反射鏡１８で反射してチョッパー型ミラー２２に向かった赤外線は、光反射部３２で反射して、第１の反射鏡１４に到達する。これにより、閉光路が形成される。この状態では、赤外線は、閉光路を何度も周回、何度もガスセル２０の内部を通過する。ガスセル２０に、赤外線を吸収する測定対象ガスが供給されていれば、赤外線の一部は、ガスセル２０において測定対象ガスに吸収される。よって、赤外線が閉光路を何度も周回すると、一度の周回で測定対象ガスに吸収されなかった赤外線も測定対象ガスに吸収されるようになる。
【００３３】
その後、図７に示すように、閉光路に光通過部３４が位置するようになると、閉光路を何度も周回し測定対象ガスに吸収されなかった赤外線である周回光６０が、光通過部３４から出射して、光強度検出器２６に到達する。これにより、光強度検出器２６は、赤外線の光強度を検出し、光強度を示す光強度信号を制御器２８に出力する。
【００３４】
しかしながら、光強度検出器２６に入射するのは周回光６０のみではない。閉光路を１周のみして光強度検出器２６に入射する１周光６２が含まれる。第１の実施の形態では、光強度検出器２６に入射した光から、１周光６２が多く含まれる光を除外して、吸光度を算出する。
【００３５】
図８（Ａ）は光強度検出器２６が検出した透過光強度を示す出力信号６４の一例を示した説明図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）が示す出力信号６４に含まれる周回光６０に係る信号（周回光信号）６６と１周光６２に係る信号（１周光信号）６８とを各々示した説明図である。
【００３６】
前述のように、光強度検出器２６に入射する光は周回光６０と１周光６２とが混在しているが、周回光６０が光強度検出器２６に入射するには、閉光路にチョッパー型ミラー２２の光通過部３４が位置して、チョッパー型ミラー２２が「反射状態」から「入射状態」に切り替わることを要する。かかる場合には、赤外光源１２から照射された光が、閉光路に入射され、１周光６２となる。しかしながら、閉光路に光通過部３４が位置した際に周回光６０は光強度検出器２６に到達するが、１周光６２は、赤外光源１２から照射され、光通過部３４を介して閉光路に入射された状態である。従って、周回光６０は１周光６２よりも早く光強度検出器２６に入射する。
【００３７】
また、周回光６０は、ガスセル２０を複数回通過しているので、測定対象ガスによる吸光が１周光よりも顕著となる。また、各々の反射鏡での反射に起因して、強度が異なる。
【００３８】
周回光６０及び１周光６２の各々が光強度検出器２６に到達する時間差を鑑みれば、入射状態になってから時間が経過するに従って周回光６０の強度は減衰するが、１周光６２は、チョッパー型ミラー２２が入射状態である限り、赤外光源１２から閉光路への照射が継続されるので、周回光６０の強度が減衰した後も、１周光６２の強度は増加または一定値を維持する。
【００３９】
以上より、光強度検出器２６が検出する透過光強度は、主に周回光６０が光強度検出器２６に到達することによって極大値となった後、極小値となり、その後、１周光６２が光強度検出器２６に到達したことにより、増大する。
【００４０】
図８（Ａ）に示したように、光強度検出器２６が検出した透過光強度の出力信号６４の曲線は、上に凸の態様で極大値を示した後、極小値Ａを示している。また、出力信号６４の曲線は極小値Ａを示した後、単調増加に転じている。
【００４１】
出力信号６４の成分は、図８（Ｂ）に示したようになる。図８（Ａ）の出力信号６４には、周回光信号６６と１周光信号６８とが含まれている。従って、チョッパー型ミラー２２が反射状態から入射状態に切り替わった時間から透過光強度を示す出力信号６４が極小値Ａとなった時間までの出力信号６４を採用することにより、光強度検出器２６に入射した光から、１周光６２が多く含まれる光を除外して、吸光度を算出することが可能になる。その結果、ＳＮ比が高い出力信号による吸光度の算出が可能になり、測定対象ガスの濃度をより正確に測定できる。
【００４２】
チョッパー型ミラー２２が反射状態から入射状態に切り替わった時間は、チョッパー型ミラー２２が、閉光路から光の出射を許可する状態である。当該許可の状態は、図８（Ａ）に示したように、出力信号６４が単調増加を開始したことから推定できるが、チョッパー型ミラー２２の光強度検出器２６に対向した面が、赤外光源１２からの光を反射する場合があり、かかる場合には、当該許可の状態を正確に検出することは困難である。第１の実施の形態では、一例として、回転数調整機構２４に、磁気抵抗（ＭＲ）センサ又はロータリーエンコーダ等の、チョッパー型ミラーの回転角度を検出する回転角センサ（図示せず）を設け、制御器２８は、回転角センサで検出したチョッパー型ミラー２２の回転角度からチョッパー型ミラー２２の回転位置を算出し、当該回転位置からチョッパー型ミラー２２が閉光路から出射を開始する許可状態を検出する。回転角センサを用いた許可状態の検出は、後述する第２〜４の実施の形態においても有効である。
【００４３】
光強度検出器２６の出力信号からガスセル２０内の対象ガスの濃度を算出するには、チョッパー型ミラー２２が反射状態から入射状態に切り替わった時間から、透過光強度を示す出力信号６４が極小値Ａとなった時間までの、出力信号６４の時間に対する積分値に基づくが、既知の計算方法なので、詳細な説明は省略する。
【００４４】
ガスセル２０内の測定対象ガスの濃度が高い場合は、図８（Ａ）、（Ｂ）に示した、周回光信号６６に起因する極大値は低下するが、前述のように、周回光信号６６はＳＮ比が高いので、光強度検出器２６で検出した周回光信号６６の極大値が低下しても、測定対象ガスの濃度をより正確に測定できる。
【００４５】
また、測定対象ガスの濃度に応じてチョッパー型ミラー２２の回転速度を制御することによっても、測定対象ガスの濃度を正確に測定できる。
【００４６】
チョッパー型ミラー２２の回転速度が小さくなると、閉光路が形成される時間が長くなり、赤外線がガスセル２０を通過する回数が多くなる。逆に、チョッパー型ミラー２２の回転速度が大きくなると、閉光路が形成される時間が短くなり、赤外線がガスセル２０を通過する回数が少なくなる。
【００４７】
また、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、ガスセル２０に供給された測定対象ガスを通過する赤外線の回数を多くすることにより、ガスによる赤外線の吸光が顕著に示されるようになる。
【００４８】
ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が高い場合には、ガスセル２０に供給されたガスを通過する赤外線の回数をより少なくすることにより、ガスによる赤外線の吸光が過剰になることを防止できる。
【００４９】
従って、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を小さくし、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を大きくすることにより、測定対象ガスの濃度を精度よく測定することができる。
【００５０】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、測定対象ガスの濃度が高い場合でも低い場合でも装置構成を変更することなく、ガスの濃度を精度よく測定することができる
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態の構成は、第１の実施の形態の構成（図１参照）と同様な部分があるので、同様な部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００５２】
図９には、第２の実施の形態の濃度測定装置の構成が示されている。図９に示すように、第２の実施の形態の濃度測定装置は、赤外光源１２とチョッパー型ミラー２２との間にビームスプリッタ４２が配置されている。ビームスプリッタ４２は、２つの三角プリズムを、底面同士が接するように、組合せて構成されている。なお、ビームスプリッタ４２は、２つの三角プリズムを組合せて構成することに限定されず、例えば、偏光ビームスプリッタを採用してもよい。
【００５３】
また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８に代えて、チョッパー型ミラー２２に対し、ガスセル２０を挟んで、１つの反射鏡４４を備えている。チョッパー型ミラー２２の光反射部３２がガスセル２０の真下に位置すると、光が往復する閉光路が形成される。
【００５４】
図１０には、光強度検出器２６からの赤外線がチョッパー型ミラー２２を介してガスセル２０に到達する様子が示されている。図１１には、赤外線が、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復する様子が示されている。図１２には、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復した赤外線が、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４とビームスプリッタ４２とを介して、光強度検出器２６に到達する様子が示されている。
【００５５】
図１０に示すように、ビームスプリッタ４２の２つの三角プリズムの一方の斜面から入射した赤外線の一部は、一方の三角プリズムの底面を通過して他方の三角プリズムの底面を介して、他方の三角プリズムに入射する。その後、他方の三角プリズムの斜面を介して出射してチョッパー型ミラー２２に到達する。チョッパー型ミラー２２に到達する際、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４が閉光路に位置すると、他方の三角プリズムを出射した光は、ガスセル２０を通過して、反射鏡４４に到達し反射鏡で反射して、ガスセル２０を通過して、チョッパー型ミラー２２に到達する。図１１に示すように、チョッパー型ミラー２２に到達する際、チョッパー型ミラー２２の光反射部３２が閉光路に位置すると、赤外線は、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復する。そして、図１２に示すように、チョッパー型ミラー２２と反射鏡４４との間を、ガスセル２０の内部を介して、何度も往復した赤外線の一部は、チョッパー型ミラー２２の光通過部３４、ビームスプリッタ４２の他方の三角プリズムの底面で反射して、他方の三角プリズムの斜面を介して、光強度検出器２６に到達する。
【００５６】
第２の実施の形態でも、光強度検出器２６に入射するのは周回光７０のみではない。閉光路を１周のみして光強度検出器２６に入射する１周光７２が含まれる。第２の実施の形態では、チョッパー型ミラー２２が反射状態から入射状態に切り替わった時間から、透過光強度を示す出力信号が極小値となった時間までの出力信号を採用する。かかる出力信号を採用することにより、１周光７２が多く含まれる光による光強度検出器２６の出力信号を除外して得た、ＳＮ比が高い出力信号を用いて吸光度を算出することができる。
【００５７】
よって、第２の実施の形態でも、想定されるガスの濃度が高い場合でも低い場合でも装置構成を変更することなく、ガスの濃度を精度よく測定することができる。また、第２の実施の形態でも、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が変化しても、ガスの濃度を精度よく測定することができる。
【００５８】
また、第１の実施の形態と同様に、測定対象ガスの濃度を精度よく測定するために、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を小さくし、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を大きくしてもよい。
【００５９】
更に、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８に代えて、チョッパー型ミラー２２に対し、ガスセル２０を挟んで、１つの反射鏡４４を備えて、閉光路を構成している。よって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態の構成より、部品点数をより少なくすることができる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。第３の実施の形態の構成は、第１の実施の形態の構成（図１参照）と同様な部分があるので、同様な部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００６１】
図１３に示したように、第３の実施の形態は、チョッパー型ミラー１２２が、第１の実施の形態では光吸収部３６であった面が、光反射部３２と同様に鏡面の光反射部１３６となっている点で第１の実施の形態と相違する。従って、第３の実施の形態に係るチョッパー型ミラー１２２は、光通過部３４を除いて、両面が鏡面になっている。
【００６２】
その結果、光強度検出器２６には、周回光７４及び１周光７６に加えて、光反射部１３６での反射光７８が到達する。
【００６３】
図１４（Ａ）は光強度検出器２６が検出した透過光強度を示す出力信号８０の一例を示した説明図であり、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）が示す出力信号８０に含まれる周回光７４に係る信号（周回光信号）８２と反射光７８に係る信号（反射光信号）８４と１周光７６に係る信号（１周光信号）８６とを各々示した説明図である。
【００６４】
第３の実施の形態では、閉光路に光通過部３４が位置するようになって、チョッパー型ミラー１２２が反射状態から入射状態に切り替わると、光反射部１３６の面積が減少するため、反射光７８の強度は徐々に減衰し、図４のように、光軸部分が光通過部３４に完全に含まれると、反射光７８の強度は０になる。
【００６５】
第３の実施の形態では、図１３に示したように、光強度検出器２６に入射する光は反射光７８に加えて、周回光７４と１周光７６とが混在している。周回光７４が光強度検出器２６に入射するには、閉光路にチョッパー型ミラー１２２の光通過部３４が位置することを要するが、かかる場合には、赤外光源１２から照射された光が、閉光路に入射され、１周光７６となる。しかしながら、閉光路に光通過部３４が位置した際に周回光７４は光強度検出器２６に到達するが、１周光７６は、赤外光源１２から照射され、光通過部３４を介して閉光路に入射された状態である。従って、周回光７４は１周光７６よりも早く光強度検出器２６に入射する。
【００６６】
周回光７４は、ガスセル２０を複数回通過しているので、測定対象ガスによる吸光が１周光７６よりも顕著となる。また、各々の反射鏡での反射に起因して、強度が異なる。
【００６７】
周回光７４及び１周光７６の各々が光強度検出器２６に到達する時間差を鑑みれば、入射状態になってから時間が経過するに従って周回光７４の強度は減衰するが、１周光７６は、チョッパー型ミラー１２２が入射状態である限り、赤外光源１２から閉光路への照射が継続されるので、周回光７４の強度が減衰した後も、１周光７６の強度は増加または一定値を維持する。
【００６８】
また、第３の実施の形態に係る濃度測定装置の光学系の光路長は有限であるため、反射光７８の強度が０になった後、１周光７６の強度は最大となる。
【００６９】
以上より、光強度検出器２６が検出する透過光強度は、周回光７４及び１周光７６の各々の強度が同一になる時間、又は周回光７４の強度が０になる時間において、最小値（極小値）Ｂとなる。
【００７０】
図１４（Ａ）に示したように、光強度検出器２６が検出した透過光強度の出力信号８０の曲線は、チョッパー型ミラー１２２が反射状態から入射状態に切り替わった場合に、徐々に減少し、最小値Ｂを示している。また、出力信号８０の曲線は最小値Ｂを示した後、増大している。
【００７１】
出力信号８０成分は、図１４（Ｂ）に示したようになる。図１４（Ａ）の出力信号８０には、周回光信号８２と反射光信号８４と１周光信号８６とが含まれている。従って、チョッパー型ミラー１２２が反射状態から入射状態に切り替わった時間から、透過光強度を示す出力信号８０が最小値Ｂとなった時間までの、出力信号８０を採用することにより、光強度検出器２６に入射した光から、１周光７６が多く含まれる光を除外して、吸光度を算出することが可能になる。その結果、ＳＮ比が高い出力信号による吸光度の算出が可能になり、測定対象ガスの濃度をより正確に測定できる。
【００７２】
また、第１の実施の形態と同様に、測定対象ガスの濃度を精度よく測定するために、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を小さくし、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を大きくしてもよい。
【００７３】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。第４の実施の形態の構成は、第２実施の形態及び第３の実施の形態の構成（図１３参照）と同様な部分があるので、同様な部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００７４】
図１５には、第４の実施の形態の濃度測定装置の構成が示されている。図１５に示すように、第４の実施の形態の濃度測定装置は、第３の実施の形態と同様な光反射部１３６を有するチョッパー型ミラー１２２を備える点で第２の実施の形態に係る濃度測定装置と相違するが、その他の構成については、第２の実施の形態に係る濃度測定装置と同様である。
【００７５】
第４の実施の形態でも、光強度検出器２６に入射するのは周回光８８のみではない。閉光路を１周のみして光強度検出器２６に入射する１周光９０と赤外光源１２から照射された赤外光がチョッパー型ミラー１２２の光反射部１３６で反射されて生じた反射光９２とが含まれる。第４の実施の形態では、光強度検出器２６に入射した光から、第３の実施の形態と同様に、チョッパー型ミラー１２２が反射状態から入射状態に切り替わった時間から、透過光強度を示す出力信号が最小値となった時間までの出力信号を採用する。かかる出力信号を採用することにより、１周光９０が多く含まれる光による光強度検出器２６の出力信号を除外して得た、ＳＮ比が高い出力信号を用いて吸光度を算出することができる。
【００７６】
よって、第４の実施の形態でも、想定されるガスの濃度が高い場合でも低い場合でも装置構成を変更することなく、ガスの濃度を精度よく測定することができる。また、第４の実施の形態でも、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が変化しても、ガスの濃度を精度よく測定することができる。
【００７７】
また、第１の実施の形態と同様に、測定対象ガスの濃度を精度よく測定するために、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を小さくし、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合は、チョッパー型ミラー２２の回転速度を大きくしてもよい。
【００７８】
さらに、第４の実施の形態では、第３の実施の形態の第１の反射鏡１４〜第３の反射鏡１８に代えて、チョッパー型ミラー２２に対し、ガスセル２０を挟んで、１つの反射鏡４４を備えて、閉光路を構成している。よって、第４の実施の形態では、第３の実施の形態の構成より、部品点数をより少なくすることができる。
【００７９】
（変形例）
次に、変形例を説明する。
【００８０】
（第１の変形例）
図１６には、第１の変形例に係る濃度測定装置の構成が示されている。図１６に示すように、第１の変形例の構成は、第１の実施の形態の構成（図１参照）と同様な部分があるので、同様な部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００８１】
第１の変形例では、チョッパー型ミラー２２に代えて、光が通過可能な通過可能状態と光が通過不可能な通過不可能状態とに変更可能な部分を有し、通過可能状態に変更された部分を閉光路の光が通過可能な位置に配置された高速光シャッター５２と、制御器２８からの信号のパルス幅に応じて、高速光シャッター５２の上記部分を通過可能状態又は通過不可能状態に選択的に切り替えるパルス幅調整機構５４とを備えている。
【００８２】
制御器２８は、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合と低いと想定される場合とで、赤外線がガスセル２０を通過する回数を調整することができる。具体的には、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、ガスセル２０に供給されたガスを通過する赤外線の回数が多くなるように、パルス幅が調整された信号で、パルス幅調整機構５４を制御してもよい。
【００８３】
第１の変形例でも、光強度検出器２６に入射するのは周回光９４のみではない。閉光路を１周のみして光強度検出器２６に入射する１周光９６が含まれる。第１の変形例では、高速光シャッター５２が、光が通過しない閉鎖状態から光が通過する入射状態に切り替わり、閉光路から光の出射を許可する状態になった時間から、透過光強度を示す出力信号が極小値となった時間までの出力信号を採用する。かかる出力信号を採用することにより、１周光９６が多く含まれる光による光強度検出器２６の出力信号を除外して得た、ＳＮ比が高い出力信号を用いて吸光度を算出することができる。高速光シャッター５２が入射状態に切り替わった時間は、制御器２８がパルス幅調整機構５４を制御するタイミングから算出する。例えば、制御器２８からパルス幅調整機構５４に、高速光シャッター５２を入射状態に切り替える制御信号を送信した時間に、実際に高速光シャッター５２が開いて入射状態になるまでのタイムラグを加算した時間を、高速光シャッター５２が入射状態（許可状態）に切り替わった時間とする。
【００８４】
第１の変形例でも、想定されるガスの濃度が高い場合でも低い場合でも装置構成を変更することなく、ガスの濃度を精度よく測定することができる。また、第１の変形例でも、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が変化しても、ガスの濃度を精度よく測定することができる。
【００８５】
（第２の変形例）
図１７には、第２の変形例に係る濃度測定装置の構成が示されている。図１７に示すように、第２の変形例の構成は、第２の実施の形態（図９参照）及び第１の変形例（図１６参照）の構成と同様な部分があるので、同様な部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分のみを説明する。第２の変形例では、チョッパー型ミラー２２に代えて、高速光シャッター５２と、パルス幅調整機構５４とを備えている。
【００８６】
制御器２８は、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が高いと想定される場合と低いと想定される場合とで、赤外線がガスセル２０を通過する回数を調整することができる。具体的には、ガスセル２０に供給されたガスの想定される濃度が低い場合には、高い場合より、ガスセル２０に供給されたガスを通過する赤外線の回数が多くなるように、パルス幅が調整された信号で、パルス幅調整機構５４を制御してもよい。
【００８７】
第２の変形例でも、光強度検出器２６に入射するのは周回光９８のみではない。閉光路を１周のみして光強度検出器２６に入射する１周光１００が含まれる。第２の変形例では、高速光シャッター５２が、光が通過しない閉鎖状態から光が通過する入射状態に切り替わった時間から、透過光強度を示す出力信号が極小値となった時間までの出力信号を採用する。かかる出力信号を採用することにより、１周光１００が多く含まれる光による光強度検出器２６の出力信号を除外して得た、ＳＮ比が高い出力信号を用いて吸光度を算出することができる。
【００８８】
第２の変形例でも、第１の変形例と同様に、制御器２８からパルス幅調整機構５４に、高速光シャッター５２を入射状態に切り替える制御信号を送信した時間に、実際に高速光シャッター５２が入射状態になるまでのタイムラグを加算した時間を、高速光シャッター５２が入射状態（許可状態）に切り替わった時間とする。
【００８９】
第２の変形例でも、想定されるガスの濃度が高い場合でも低い場合でも装置構成を変更することなく、ガスの濃度を精度よく測定することができる。また、第２の変形例でも、ガスセル２０に供給された測定対象ガスの濃度が変化しても、ガスの濃度を精度よく測定することができる。
【００９０】
（その他の変形例）
第１の実施の形態及び第２の実施の形態におけるチョッパー型ミラー２２に代えて、孔や切欠きが形成された移動部材を閉光路に侵入させたり退避させたりしてもよい。
【００９１】
また、第１の変形例及び第２の変形例では、高速光シャッター５２に代えて、機械制御式シャッター、レンズの中に設置した光を遮るシャッター羽根を開閉させてシャッターを切るレンズシャッター(リーフシャッター)等を採用してもよい。
また、入射状態に切り替わった時間から、出力信号が極小値又は最小値となった時間までの区間の出力信号を用いて、測定対象ガスの濃度を測定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、区間の開始時刻が、入射状態に切り替わった時間に対応していれば所定時間だけ前後にずれていてもよい。また、区間の終了時刻が、出力信号が極小値又は最小値となった時間に対応していれば所定時間だけ前後にずれていてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１２    赤外光源
１４    第１の反射鏡
１６    第２の反射鏡
１８    第３の反射鏡
２０    ガスセル
２２   チョッパー型ミラー
２４   回転数調整機構
２６   光強度検出器
２８   制御器
３０   回転軸
３２   光反射部
３４   光通過部
３４Ａ 入射開始縁
３４Ｂ 入射終了縁
３６   光吸収部
４２   ビームスプリッタ
４４   反射鏡
５２   高速光シャッター
５４   パルス幅調整機構
６０   周回光
６２   １周光
６４   出力信号
６６   周回光信号
６８   １周光信号
７０   周回光
７２   １周光
７４   周回光
７６   １周光
７８   反射光
８０   出力信号
８２   周回光信号
８４   反射光信号
８６   １周光信号
８８   周回光
９０   １周光
９２   反射光
９４   周回光
９６   １周光
９８   周回光
１００ １周光
１２２ チョッパー型ミラー
１３６ 光反射部
Ａ     極小値
Ｂ     最小値
【図１】
2019184277.tif 000003
【図２】
2019184277.tif 000004
【図３】
2019184277.tif 000005
【図４】
2019184277.tif 000006
【図５】
2019184277.tif 000007
【図６】
2019184277.tif 000008
【図７】
2019184277.tif 000009
【図８】
2019184277.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019184277.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2019184277.tif 000018
【図１７】
2019184277.tif 000019