(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面上に形成された第１発光部と第１センサ部とを有する第１基板と、
第１主面上に形成された第２発光部と第２センサ部とを有する第２基板と、
前記第１発光部及び前記第２発光部に電力を供給し、前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの出力信号を検出する受発光制御部と、を備え、
前記第１センサ部は、前記第１発光部から出力された光のうち、前記第１基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置され、
前記第２センサ部は、前記第２発光部から出力された光のうち、前記第２基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置されており、
前記第１発光部から出力されて空間中の反射体で反射された光が前記第２センサ部に入射し、かつ、前記第２発光部から出力されて前記反射体で反射された光が前記第１センサ部に入射するように、前記第１基板及び前記第２基板が配置されており、
前記受発光制御部は、
前記第１センサ部と前記第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、前記第１発光部に供給する電力及び前記第２発光部に供給する電力のうち少なくとも一方を制御する受発光装置。
【請求項２】
第１主面上に形成された第１発光部と第１センサ部とを有する第１基板と、
第１主面上に形成された第２発光部と第２センサ部とを有する第２基板と、
前記第１発光部及び前記第２発光部に電力を供給し、前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの出力信号を検出する受発光制御部と、を備え、
前記第１センサ部は、前記第１発光部から出力された光のうち、前記第１基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置され、
前記第２センサ部は、前記第２発光部から出力された光のうち、前記第２基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置されており、
前記第１発光部から出力された光のうち、前記第１基板の第２主面から出射した光が前記第２センサ部に入射し、かつ、前記第２発光部から出力された光のうち、前記第２基板の第２主面から出射した光が前記第１センサ部に入射するように、前記第１基板及び前記第２基板が配置されており、
前記受発光制御部は、
前記第１センサ部と前記第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、前記第１発光部に供給する電力及び前記第２発光部に供給する電力のうち少なくとも一方を制御する受発光装置。
【請求項３】
前記受発光制御部は、
前記第１センサ部の温度と前記第２センサ部の温度とに基づいて、前記第１センサ部と前記第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、前記第１発光部に供給する電力及び前記第２発光部に供給する電力のうち少なくとも一方を制御する請求項１又は請求項２に記載の受発光装置。
【請求項４】
前記受発光制御部は、
前記第１発光部から出力された光による前記第１センサ部の出力信号と、前記第２発光部から出力された光による前記第２センサ部の出力信号とに基づいて、前記第１センサ部と前記第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、前記第１発光部に供給する電力及び前記第２発光部に供給する電力のうち少なくとも一方を制御する請求項１又は請求項２に記載の受発光装置。
【請求項５】
前記受発光制御部は、
前記第１センサ部の抵抗値に基づいて該第１センサ部の温度を算出し、
前記第２センサ部の抵抗値に基づいて該第２センサ部の温度を算出する請求項１から請求項４の何れか一項に記載の受発光装置。
【請求項６】
前記受発光制御部は、
前記第１発光部及び前記第２発光部に供給される電力の電流又は電圧について、パルスの幅、振幅、及びデューティ比からなる群より選択される少なくとも一つを制御する請求項１から請求項５の何れか一項に記載の受発光装置。
【請求項７】
前記受発光制御部は、
前記第１発光部を周波数ｆ１で、前記第２発光部を周波数ｆ２（ｆ１≠ｆ２）で、同時又は交互に駆動する請求項１から請求項６の何れか一項に記載の受発光装置。
【請求項８】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部は、同一の温度特性を有する請求項１から請求項７の何れか一項に記載の受発光装置。
【請求項９】
前記第１センサ部、前記第２センサ部、前記第１発光部及び前記第２発光部は、同一組成の化合物半導体積層部を有する請求項１から請求項８の何れか一項に記載の受発光装置。
【請求項１０】
前記第１センサ部及び前記第２センサ部は同一構造である請求項１から請求項９の何れか一項に記載の受発光装置。
【請求項１１】
前記第１発光部及び前記第２発光部は同一構造である請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の受発光装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の受発光装置と、
前記受発光装置の前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの信号が入力され、前記受発光装置の前記第１発光部から前記第２センサ部までの光路中、及び／又は、前記第２発光部から前記第１センサ部までの光路中の物質の濃度を算出する濃度算出部と、を備える濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受発光装置及び濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子は照明用途だけでなく、特定波長の光を発光する発光素子を用いた光学的装置（紫外光を用いた殺菌装置、反射光を用いた測距装置）にも用いられている。
さらに、発光素子と受光素子と組み合わせ、発光素子と受光素子間の空間状態を検知する受発光装置（特定空間内の物体検知装置、赤外光を用いたガスセンサ（特許文献１参照）等）にも用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５０３８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光素子は、使用環境や経時変化により、その発光特性が変化する。具体的には、発光素子の発光強度の変化や、発光波長の変化が挙げられる。上述した受光素子の出力に基づいて、発光素子と受光素子間の空間状態を検知するような受発光装置の場合、発光素子の発光特性が変化すると、受光素子の出力から正確に空間状態を検知することが出来なくなってしまう。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、発光部からセンサ部に至る間の空間状態の検知をより高精度に行うことを可能とした受発光装置及び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】
【０００５】
本発明者は上記の課題を解決するために、鋭意検討した結果、以下に示す受発光装置を想到するに至った。
すなわち、本発明の一態様に係る受発光装置は、第１主面上に形成された第１発光部と第１センサ部とを有する第１基板と、第１主面上に形成された第２発光部と第２センサ部とを有する第２基板と、前記第１発光部及び前記第２発光部に電力を供給し、前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの出力信号を検出する受発光制御部と、を備え、前記第１センサ部は、前記第１発光部から出力された光のうち、前記第１基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置され、前記第２センサ部は、前記第２発光部から出力された光のうち、前記第２基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置されており、前記受発光制御部は、前記第１センサ部と前記第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、前記第１発光部に供給する電力及び前記第２発光部に供給する電力のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の一態様に係る濃度測定装置は、上記の受発光装置と、前記受発光装置の前記第１センサ部及び前記第２センサ部からの信号が入力され、前記受発光装置の前記第１発光部から前記第２センサ部までの光路中、及び／又は、前記第２発光部から前記第１センサ部までの光路中の物質の濃度を算出する濃度算出部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、発光部からセンサ部に至る間の空間状態の検知をより高精度に行うことを可能とした受発光装置及び濃度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る受発光装置１００の構成例を示す概念図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る濃度測定装置２００の構成例を示す概念図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置３００の構成例を示す概念図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る第１基板２１と、第２基板２２の各構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の第１、第２参考例に係る濃度測定装置４００の構成例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態（以下、本実施形態）について説明する。
＜受発光装置＞
本実施形態に係る受発光装置は、例えば、非分散型赤外線式の受発光装置である。この受発光装置は、第１主面上に形成された第１発光部と第１センサ部とを有する第１基板と、第１主面上に形成された第２発光部と第２センサ部とを有する第２基板と、第１発光部及び第２発光部に電力を供給し、第１センサ部及び第２センサ部からの出力信号を検出する受発光制御部と、を備える。第１センサ部は、第１発光部から出力された光のうち、第１基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置されている。第２センサ部は、第２発光部から出力された光のうち、第２基板の第１主面と対向する第２主面で反射した光が入射する位置に配置されている。そして、受発光制御部は、第１センサ部と第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、第１発光部に供給する電力及び第２発光部のうち少なくとも一方に供給する電力を制御する。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係る受発光装置において、第１センサ部と第２センサ部は、同一の温度特性を有していてもよい。本実施形態において「同一の温度特性」とは、本発明の効果を妨げない程度に温度特性が概ね揃っている状態を意味する。具体的には、ガスを検出する用途の場合、被検出ガスが存在しない条件下において、受発光装置の一般的な使用温度範囲（例えば０℃から５０℃の範囲）であるセンサ温度Ｔｘにおいて、第１センサ部の出力信号をＳ１、第２センサ部の出力信号をＳ２とした場合を想定する。この想定下で温度が１℃変化したとき、つまりセンサ温度がＴｘ±１℃となったときに、第１センサ部の出力信号がａ×Ｓ１へ、第２センサ部の出力信号がｂ×Ｓ２へと変化した場合、ａ／ｂが１℃あたり０．８以上１．２以下であることが好ましく、０．９以上１．１以下であることがより好ましく、０．９９以上１．０１以下であることがさらに好ましい。
【００１１】
第１センサ部の１℃あたりの出力変化係数ａと、第２センサ部の１℃あたりの出力変化係数ｂの比（ａ／ｂ［／℃］）の最大値と最小値の比が０．８以上１．２以下であれば、第１発光部の発光特性が変化した場合でも、受発光装置の使用環境温度によらず、発光・受光の信号変動を第１センサ部の出力に基づいて補償することができ、第２センサ部による空間状態の検知を正確に行うことが可能になるため好ましい。また同様に、第２発光部の発光特性が変化した場合でも、受発光装置の環境温度によらず、発光・受光の信号変動を第２センサ部の出力に基づいて補償することができ、第１センサ部による空間状態の検知を正確に行うことが可能になるため好ましい。
【００１２】
具体的には、第１センサ部及び第２センサ部の各温度を０℃から５０℃まで変化させときの第１センサ部及び第２センサ部の各出力変化係数（ａ及びｂ）を求める。そして
温度をΔＴ変化させたときの、ａ／ｂ／ΔＴ比を計算する。これにより、上記の１℃あたりの出力の変化係数の比を確認することができる。
第１センサ部及び第２センサ部の１℃あたりの出力の変化係数比の最大値と最小値を上述の範囲にする方法としては、第１センサ部及び第２センサ部を同一の材料で同一の積層構造にする方法が挙げられる。同一の材料及び同一の積層構造とすることにより、第１センサ部及び第２センサ部の温度特性は理論上同一となる。
【００１３】
また、第１センサ部と第２センサ部の温度特性を同じにするには、同一の材料及び同一の積層構造であることに加え、第１センサ部の積層構造と第２センサ部の積層構造とが層毎に同時に製造される（すなわち、第１センサ部と第２センサ部とを同時に形成する）ことが好ましい。
また、同一基板上に、同一材料、同一工程で同時に第１センサ部と第２センサ部とを形成することによって、両センサ部の分光感度特性が同一になると共に、両センサ部の温度特性が同一となり、本発明の効果はより発揮される。ここで分光感度特性とは、各波長における感度を意味する。
【００１４】
また、本実施形態に係る受発光装置では、第１発光部及び第２発光部は、同一の材料及び同一の積層構造であってもよい。これにより、第１発光部及び第２発光部の温度特性を同じにすることができる。
また、本実施形態に係る受発光装置では、第１センサ部、第２センサ部、第１発光部及び第２発光部は、同一組成の化合物半導体積層部を有してもよい（すなわち、第１センサ部、第２センサ部、第１発光部及び第２発光部はそれぞれ化合物半導体積層部を有し、これら化合物半導体積層部の各層（膜）の組成は、第１センサ部、第２センサ部、第１発光部及び第２発光部間で互いに同一でもよい。）。これにより、第１センサ部、第２センサ部、第１発光部及び第２発光部は同じ温度特性を示すようになる。
【００１５】
また、本実施形態では、第１発光部から出力された光のうち、第１基板の第２主面から出射した光が第２センサ部に入射し、かつ、第２発光部から出力された光のうち、第２基板の第２主面から出射した光が第１センサ部に入射するように、第１基板及び第２基板が配置されていてもよい。
また、第１基板及び第２基板の少なくとも一方の第２主面上に、若しくは光路の途中に、光を選択するような光学フィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）を設けることによって、第１センサ部及び第２センサ部の少なくとも一方に入射する光の波長帯を選択することが可能となる。光学フィルタは半値幅の狭い透過特性（数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ）を実現できるため、特定の波長を選択することが容易にできる。
【００１６】
基板面積の利用効率の観点から、第１センサ部及び第２センサ部は同一構造の受光部をそれぞれ複数有し、かつ、第１センサ部が有する受光部の数と、第２センサ部が有する受光部の数とが同一であることが好ましい。
本実施形態に係る受発光装置では、第１センサ部から得られる信号として、第１発光部が発光した場合の信号ＩｐＲＥＦ＿１及び、第２発光部が発光した場合の信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿２がある。第２センサ部から得られる信号として、第２発光部が発光した場合の信号ＩｐＲＥＦ＿２  及び、第１発光部が発光した場合の信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１がある。出力信号比（ＩｐＴＲＡＳＭ＿１／ＩｐＲＥＦ＿１）及び（ＩｐＴＲＡＳＭ＿２／ＩｐＲＥＦ＿２）に基づいて、発光部からセンサ部に至る間の空間状態の検知（例えば、空間に存在する被検出物質の濃度計算）を行う。
【００１７】
上述したように、本実施形態に係る受発光装置は、第１発光部及び第２発光部に電力を供給し、第１センサ部及び第２センサ部からの出力信号を検出する受発光制御部を備える。
この受発光制御部は、第１発光部を周波ｆ１で、第２発光部を周波数ｆ２（ｆ１≠ｆ２）で、同時又は交互に駆動してもよい。
また、この受発光制御部は、第１センサ部の温度と第２センサ部の温度に基づいて、第１センサ部と第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、第１発光部に供給する電力及び第２発光部に供給する電力のうち少なくとも一方を制御してもよい。この受発光制御部は、第１センサ部の抵抗値に基づいて該第１センサ部の温度を算出してもよく、第２センサ部の抵抗値に基づいて該第２センサ部の温度を算出してもよい。
【００１８】
また、この受発光制御部は、第１発光部から出力された光による第１センサ部の出力信号（ＩｐＲＥＦ＿１）と、第２発光部から出力された光による第２センサ部の出力信号（ＩｐＲＥＦ＿２）とに基づいて、第１センサ部と第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、第１発光部に供給する電力及び第２発光部に供給する電力のうち少なくとも一方を制御してもよい。
この受発光制御部は、第１発光部及び第２発光部に供給される電力の電流又は電圧について、パルスの幅、振幅、及びデューティ比からなる群より選択される少なくとも一つを制御してもよい。
【００１９】
＜濃度測定装置＞
本実施形態では、上記の受発光装置を用いて濃度測定装置を構成してもよい。例えば、本実施形態に係る濃度測定装置は、上記の受発光装置と、この受発光装置の第１センサ部及び第２センサ部からの信号が入力され、受発光装置の第１発光部から第２センサ部までの光路中、及び／又は、第２発光部から第１センサ部までの光路中の物質の濃度を算出する濃度算出部と、を備える。
【００２０】
＜具体例＞
次に、本実施形態のより具体的な態様（すなわち、具体例）として、第１〜第３実施形態について説明する。なお、以下に説明する各図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係る受発光装置１００の構成例を示す概念図である。図１に示すように、この受発光装置１００は、第１発光部１と第１センサ部１１とを第１主面上に有する第１基板２１と、第２発光部２と第２センサ部１２とを第１主面上に有する第２基板２２と、受発光制御部３０と、ガスセル４０と、を備える。
この受発光装置１００において、第１基板２１と第２基板２２は互いに同一の構造を有する。第１基板２１は、第１発光部１から出力された光の一部が第１基板２１中の光路を通過して第１センサ部１１に届くように形成されている。同様に、第２基板２２は、第２発光部２から出力された光の一部が第２基板２２中の光路を通過して第２センサ部１２に届くように形成されている。第１発光部及び第２発光部は、例えば、赤外線を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）を有する。また、第１センサ部及び第２センサ部は、例えば、赤外線を受光するフォトダイオード（ＰＤ）を有する。
【００２２】
また、この受発光装置１００では、第１発光部１から出力された光の一部がガスセル４０で反射して第２センサ部１２に入射し、かつ、第２発光部２から出力された光の一部がガスセル４０（又は、ガスセル内に配置された反射板）で反射して第１センサ部１１に入射するように、第１基板と第２基板との位置関係が調整されている。
受発光制御部３０は、第１センサ部と第２センサ部との温度差が周囲温度によらず一定になるように、第１発光部に供給する電力及び第２発光部に供給する電力を制御する。
【００２３】
図２は、本発明の第１実施形態に係る濃度測定装置２００の構成例を示す概念図である。図２に示すように、この濃度測定装置２００は、受発光装置１００と、濃度算出部９０とを備える。また、受発光装置１００の受発光制御部３０は、第１駆動部５１と、第２駆動部５２と第１信号処理部６１と、第２信号処理部６２と、制御回路７０と、演算部８０と、を有する。
第１駆動部５１は、第１発光部１に電力を供給して第１発光部１を発光させる機能を有する。第２駆動部５２は、第２発光部２に電力を供給して第２発光部を発光させる機能を有する。低消費電力化の観点から、第１駆動部５１及び第２駆動部５２は、パルス状の信号（電圧又は電流）を、第１発光部１及び第２発光部２にそれぞれ与えてもよい。
【００２４】
例えば、第１駆動部５１は第１発光部１にパルス状の信号を与えて、第１発光部１を第１の周波数ｆ１で発光させる（すなわち、駆動させる）。第２駆動部５２は第２発光部２にパルス状の信号を与えて、第２発光部２を第２の周波数ｆ２で発光させる（すなわち、駆動させる）。また、第１駆動部５１による第１発光部１の駆動と、第２駆動部５２による第２発光部２の駆動は、同時又は交互に行われる。第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２は、例えば異なる値である（ｆ１≠ｆ２）。
【００２５】
第１信号処理部６１は、第１センサ部１１から出力される信号を得ると共に、得られた信号を演算部８０又は濃度算出部９０の出力する機能を有する。第２信号処理部６２は、第２センサ部１２から出力される信号を得ると共に、得られた信号を演算部８０又は濃度算出部９０の出力する機能を有する。
例えば、第１信号処理部６１が得る信号として、第１発光部１が発光した場合の信号ＩｐＲＥＦ＿１と、第２発光部２が発光した場合の信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿２とがある。また、第２信号処理部６２が得る信号として、第２発光部２が発光した場合の信号ＩｐＲＥＦ＿２と、第１の光源が発光した場合の信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１とがある。
第１信号処理部６１は、信号ＩｐＲＥＦ＿１を演算部８０に送信し、信号ＴＲＡＳＭ＿２を濃度算出部９０に送信する。また、第２信号処理部６２は、信号ＩｐＲＥＦ＿２を演算部８０に送信し、信号ＴＲＡＳＭ＿１を濃度算出部９０に送信する。
【００２６】
第１信号処理部６１及び第２信号処理部６２は、例えばＩ／Ｖ変換アンプからなる。Ｉ／Ｖ変換アンプは、第１センサ部１１と第２センサ部１２とがフォトダイオードの構造を有する場合、その出力電流を電圧に変換することができるため、有効である。
演算部８０は、第１信号処理部６１から得られる信号と、第２信号処理部６２から得られる信号とに基づいて、演算処理を実行する機能を有する。例えば、演算部８０は、信号ＩｐＲＥＦ＿１と信号ＩｐＲＥＦ＿２との電圧差を算出する。
【００２７】
制御回路７０は、演算部８０による演算結果に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、第１駆動部５１及び第２駆動部５２をそれぞれ制御する機能を有する。例えば、制御回路７０は、信号ＩｐＲＥＦ＿１の電圧値と信号ＩｐＲＥＦ＿２の電圧値とが周囲温度によらず等しくなるように、第１駆動部５１から第１発光部１に供給される電力のデューティ比と、第２駆動部５２から第２発光部２に供給される電力のデューティ比とをそれぞれ制御する。
【００２８】
一方、濃度算出部９０は、受発光装置１００の第１センサ部１１及び第２センサ部１２からの信号が入力され、受発光装置１００の第１発光部１から第２センサ部１２までの光路中、及び／又は、第２発光部２から第１センサ部１１までの光路中の物質の濃度を算出する機能を有する。
例えば、濃度算出部９０は、演算部８０から信号ＩｐＲＥＦ＿１及び信号ＩｐＲＥＦ＿２を得るとともに、第１信号処理部６１から信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿２を、第２信号処理部６２から信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１をそれぞれ得る。または、濃度算出部９０は、第１信号処理部６１から信号ＩｐＲＥＦ＿１及び信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿２を得るとともに、第２信号処理部６２から信号ＩｐＲＥＦ＿２及び信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１を得てもよい。そして、濃度算出部９０は、出力信号比（ＩｐＴＲＡＳＭ＿１／ＩｐＲＥＦ＿１）及び（ＩｐＴＲＡＳＭ＿２／ＩｐＲＥＦ＿２）に基づいて、発光部からセンサ部に至る間の空間状態の検知（例えば、空間に存在する被検出物質の濃度計算）を行う。
【００２９】
この濃度測定装置２００では、第１発光部１、第２発光部２、第１センサ部１１及び第２センサ部１２に対して、受発光制御部３０が接続される。すなわち、第１発光部１の両端の接続端子に第１駆動部５１が接続される。第２発光部２の両端の接続端子に第２駆動部５２が接続される。第１センサ部１１の両端の接続端子に第１信号処理部６１が接続される。第２センサ部１２の両端の接続端子に第２信号処理部６２が接続される。これにより、ガスセル４０内の光路空間の状態（特定のガスの有無や濃度、流体の特定成分の有無や濃度等）を検知することが可能になる。
【００３０】
受発光制御部３０及びの濃度算出部９０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、内蔵タイマ等により構成されている。ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、第１駆動部５１、第２駆動部５２、第１信号処理部６１、第２信号処理部６２、制御回路７０及び演算部８０と、濃度算出部９０の各機能が実行される。
【００３１】
（２）第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態に係る濃度測定装置３００の構成例を示す概念図である。図３に示すように、この濃度測定装置３００は、受発光装置１００と、濃度算出部９０とを備える。この濃度測定装置３００において、受発光装置１００の受発光制御部３０は、第１駆動部５１と、第２駆動部５２と、第１信号処理／抵抗測定部１６１と、第２信号処理／抵抗測定部１６２と、制御回路１７０と、演算部１８０と、を有する。
第１信号処理／抵抗測定部１６１は、図２に示した第１信号処理部６１と同一の機能を有し、さらに、第１センサ部１１の抵抗値を測定する機能を有する。第２信号処理／抵抗測定部１６２は、図２に示した第２信号処理部６２と同一の機能を有し、さらに、第２センサ部１２の抵抗値を測定する機能を有する。
【００３２】
例えば、第１信号処理／抵抗測定部１６１が得る信号として、第１発光部１が発光した場合の信号ＩｐＲＥＦ＿１と、第２発光部２が発光した場合の信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿２とがある。また、第２信号処理／抵抗測定部１６２が得る信号として、第２発光部２が発光した場合の信号ＩｐＲＥＦ＿２と、第１発光部１が発光した場合の信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１とがある。
第１信号処理部１６１は、信号ＩｐＲＥＦ＿１及びＩｐＴＲＡＳＭ＿２を濃度算出部９０に送信する。また、第２信号処理／抵抗測定部１６２は、信号ＩｐＲＥＦ＿２及び信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１を濃度算出部９０に送信する。
【００３３】
また、第１信号処理／抵抗測定部１６１は、第１センサ部１１に予め設定した定電圧を印加して第１センサ部１１に流れる電流値を計測し、第１センサ部１１の抵抗値を測定する。そして、第１信号処理／抵抗測定部１６１は、測定した抵抗値に関する信号Ｒ０＿１を演算部１８０に送信する。また、第２信号処理／抵抗測定部１６２は、第２センサ部１２に予め設定した定電圧を印加して第２センサ部１２に流れる電流値を計測し、第２センサ部１２の抵抗値を測定する。そして、第２信号処理／抵抗測定部１６２は、測定した抵抗値に関する信号Ｒ０＿２を演算部１８０に送信する。
【００３４】
この濃度測定装置３００において、演算部１８０は、第１信号処理／抵抗測定部１６１から送信される信号Ｒ０＿１に基づいて、第１センサ部１１の温度Ｔ１を算出する（すなわち、第１センサ部１１の抵抗値を温度に換算する）。また、これと並行して、演算部１８０は、第２信号処理／抵抗測定部１６２から送信される抵抗値に関する信号Ｒ０＿２に基づいて、第２センサ部１２の温度Ｔ２を算出する（すなわち、第２センサ部１２の抵抗値を温度に換算する）。
【００３５】
なお、第１センサ部１１及び第２センサ部１２は、例えばフォトダイオードを有する。フォトダイオードの抵抗値と温度との間には相関がある。そこで、第２実施形態では、第１センサ部１１と第２センサ部１２の各々について、フォトダイオードの抵抗値と温度との相関を予め求めておく。そして、この相関を示すテーブル又は関数等を、受発光制御部３０を構成するＲＡＭ等に格納しておく。演算部１８０は、第１信号処理／抵抗測定部１６１で測定された第１センサ部１１の抵抗値を上記のテーブル又は関数等に当てはめることによって、第１センサ部１１の温度Ｔ１を算出することができる。同様に、演算部１８０は、第２信号処理／抵抗測定部１６２で測定された第２センサ部１２の抵抗値を上記のテーブル又は関数等に当てはめることによって、第２センサ部１２の温度Ｔ２を算出することができる。
【００３６】
制御回路１７０は、第１センサ部１１の温度Ｔ１と第２センサ部１２の温度Ｔ２とが周囲温度によらず等しくなるように、第１駆動部５１及び第２駆動部５２をそれぞれ制御する。例えば、制御回路１７０は、第１センサ部１１の温度Ｔ１と第２センサ部１２の温度Ｔ２とが周囲温度によらず等しくなるように、第１駆動部５１から第１発光部１に供給される電力のデューティ比と、第２駆動部５２から第２発光部２に供給される電力のデューティ比とをそれぞれ制御する。
【００３７】
第１実施形態と同様、この第２実施形態においても、受発光制御部３０及び濃度算出部９０は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、内蔵タイマ等により構成されている。ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、第１駆動部５１、第２駆動部５２、第１信号処理／抵抗測定部１６１、第２信号処理／抵抗測定部１６２、制御回路１７０及び演算部１８０と、濃度算出部９０の各機能が実行される。
【００３８】
（３）第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態として、第１発光部１及び第１センサ部１１を有する第１基板と、第２発光部２及び第２センサ部１２を有する第２基板の各構成例について説明する。
図４は、本発明の第３実施形態に係る第１基板２１と、第２基板２２の各構成例を示す断面図である。図４に示すように、第１発光部１は、例えば、第１基板２１の第１主面２１１上に形成された第１導電型（例えば、Ｎ型）の半導体層２０１と、半導体層２０１上に形成された第２導電型（例えば、Ｐ型）の半導体層２０２及び電極２０３と、半導体層２０２上に形成された電極２０４とを有する。
また、第２発光部２は、例えば、第２基板２２の第１主面２２１上に形成された第１導電型の半導体層２０１´と、半導体層２０１´上に形成された第２導電型の半導体層２０２´及び電極２０３´と、半導体層２０２´上に形成された電極２０４´とを有する。
【００３９】
第１センサ部１１は、例えば、第１基板２１の第１主面２１１上に形成された第１導電型の半導体層３１１と、半導体層３１１上に形成された第２導電型の半導体層３１２及び電極３１３と、半導体層３１２上に形成された電極３１４とを有する。第２センサ部１２は、例えば、第２基板２２の第１主面２２１上に形成された第１導電型の半導体層３１１´と、半導体層３１１´上に形成された第２導電型の半導体層３１２´及び電極３１３´と、半導体層３１２´上に形成された電極３１４´とを有する。
【００４０】
ここで、第１導電型の半導体層２０１、３１１、２０１´、３１１´は、例えば同一の材料からなり、同一の膜厚を有する。また、第２導電型の半導体層２０２、３１２、２０２´、３１２´は、例えば同一の材料からなり、同一の膜厚を有する。つまり、第１発光部１、第２発光部２、第１センサ部１１、第２センサ部１２は同じ膜組成の化合物半導体（すなわち、同一組成の化合物半導体積層部）を有する。また、図４に示すように、第１発光部１と第２発光部２は同一構造（すなわち、形状と大きさが同じ）である。第１センサ部１１と第２センサ部１２も同一構造である。
なお、第１導電型の半導体層２０１、３１１、２０１´、３１１´と、第２導電型の半導体層２０２、３１２、２０２´、３１２´の間にそれぞれ真正半導体層（いわゆるｉ型半導体層）を挿入し、ＰＩＮ接合を形成してもよい。
【００４１】
この第３実施形態では、第１導電型の各半導体層２０１、３１１、２０１´、３１１´及び第２導電型の各半導体層２０２、３１２、２０２´、３１２´として、材料及び膜厚がそれぞれ同様のものを採用することにより、第１発光部１、第２発光部２、第１センサ部１１、第２センサ部１２が同じ温度特性を示すようになる。
また、第１発光部１、第２発光部２、第１センサ部１１、第２センサ部１２が同じ温度特性を示すことから、第１発光部１及び第２発光部２に同じ大きさの電力を供給することにより、第１発光部１及び第２発光部２を同じ温度に発熱させることが容易となる。これにより、周囲温度によらず、第１センサ部１１と第２センサ部１２との温度差を一定にする（例えば、温度差をゼロにする）ことが容易となる。
【００４２】
＜実施形態の効果＞
本実施形態は、以下の効果を奏する。
（１）第１発光部１から出力された光の一部は、ガスの有無や濃度等に依存しない環境である第１基板２１中の光路を通過して第１センサ部（第１発光部からみて、モニタリング用のセンサ部）１１に入射する。このため、使用環境の変化や経年劣化で第１発光部１の発光特性が変化した場合でも、第１センサ部１１から出力される信号に基づいて第１発光部１の発光特性の変化をモニタリングすることができ、第１発光部１の動作を制御したり、第２センサ部（第１発光部からみて、状態検知用のセンサ部）１２の出力を補償したりすることができる。これにより、第２センサ部１２による空間状態の検知を正確に行うことが可能になる。
【００４３】
（２）また、第２発光部２から出力された光についても同様である。すなわち、第２発光部２から出力された光の一部は、ガスの有無や濃度等に依存しない環境である第２基板２２中の光路を通過して第２センサ部（第２発光部２からみて、モニタリング用のセンサ部）１２に入射する。このため、使用環境の変化や経年劣化で第２発光部２の発光特性が変化した場合でも、第２センサ部１２から出力される信号に基づいて第２発光部２の発光特性の変化をモニタリングすることができ、第２発光部２の動作を制御したり、第１センサ部（第２発光部２からみて、状態検知用のセンサ部）１１の出力を補償したりすることができる。これにより、第１センサ部１１による空間状態の検知を正確に行うことが可能になる。
【００４４】
（３）また、第１発光部１や第２発光部２に電力を供給する際に発生する熱によって第１センサ部１１と第２センサ部１２との間に温度差が生じる場合や、その温度差が周囲温度等により変化しようとする場合を想定する。このような場合、受発光制御部３０は、第１センサ部１１と第２センサ部１２との温度差が周囲温度によらず一定になるように、第１発光部１に供給する電力及び第２発光部２に供給する電力をそれぞれ制御する。
これにより、発光部から状態検知用のセンサ部に至る間の空間状態（すなわち、第１発光部１から第２センサ部１２に至る間の空間状態と、第２発光部２から第１センサ部１１に至る間の空間状態）の検知を、周囲温度の影響によらず、より高精度に行うことを可能とした受発光装置及び濃度測定装置を実現することができる。
【００４５】
＜変形例＞
（１）上記の第１実施形態では、信号ＩｐＲＥＦ＿１の電圧値と信号ＩｐＲＥＦ＿２の電圧値とが周囲温度によらず等しくなるように、制御回路７０は、第１駆動部５１から第１発光部１に供給される電力のデューティ比と、第２駆動部５２から第２発光部２に供給される電力のデューティ比とをそれぞれ制御する場合について説明した。
また、上記の第２実施形態では、第１センサ部１１の温度Ｔ１と第２センサ部１２の温度Ｔ２とが周囲温度によらず等しくなるように、制御回路１７０は、第１駆動部５１から第１発光部１に供給される電力のデューティ比と、第２駆動部５２から第２発光部２に供給される電力のデューティ比とをそれぞれ制御する場合について説明した。
【００４６】
しかしながら、第１、第２実施形態において、制御回路７０、１７０は、第１駆動部５１から第１発光部１に供給される電力及び第２駆動部５２から第２発光部２に供給される電力のうち、一方のデューティ比を制御し、他方のデューティ比は制御しなくてもよい。このような場合であっても、第１センサ部１１と第２センサ部１２との温度差を周囲温度によらず一定にすることが可能である。
【００４７】
（２）また、本発明において、第１発光部及び第２発光部が発光する光は、赤外線に限定されない。第１発光部及び第２発光部が発光する光は、例えば紫外線でもよい。同様に、第１センサ部及び第２センサ部が受光する光は、赤外線に限定されない。第１センサ部及び第２センサ部が受光する光は、例えば紫外線でもよい。このような構成であっても、上述した実施形態の効果（１）〜（３）を奏する。
【００４８】
＜参考例＞
なお、発光素子の発光特性の変化を低減する方法の一例として、以下の受発光装置（参考例）が想定される。
すなわち、参考例に係る受発光装置は、発光素子と、この発光素子から出力された光が入射するようにそれぞれ配置された第１センサ部および第２センサ部を備える。また、第１主面と該第１主面と対向する第２主面とを有し、該第１主面上に発光素子と第１センサ部とが設けられた第１基板と、第１主面と該第１主面と対向する第２主面とを有し、該第１主面上に第２センサ部が設けられた第２基板と、をさらに備える。第１センサ部の配置位置は、第１基板の第１主面であって、発光素子から出力された光のうちの該第１基板の第２主面で反射した光が入射する位置に設定されている。
この参考例に係る受発光装置では、第１発光部に電力を供給する際に発生する熱によって第１センサ部のみが加熱されることで、第１センサ部と第２センサ部に温度差が生じてしまう。この温度差が周囲温度によって変化することも相まって、受光素子の出力から正確に空間状態を検知することが困難となる場合が考えられる。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明の実施例と、参考例とについて説明する。
（１）第１実施例
図１に示した受発光装置１００を用意した。また、受発光装置１００の受発光制御部３０として、図２に示した受発光制御部３０を用意した。
第１実施例では、図２に示した受発光制御部３０において、第１駆動部５１により、第１発光部１を周波数２３０Ｈｚで発光させ、第１センサ部１１から信号ＩｐＲＥＦ＿１を、第２センサ部１２から信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１をそれぞれ得た。また、同時に第２駆動部５２により、第２発光部２を周波数２６０Ｈｚで発光させ、第１センサ部１１から信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿２を、第２センサ部１２から信号ＩｐＲＥＦ＿２をそれぞれ得た。
【００５０】
第１実施例では、演算部８０及び制御回路７０を用いて、周囲温度によらず、信号ＩｐＲＥＦ＿１と信号ＩｐＲＥＦ＿２が等しくなるように、第１発光部１及び第２発光部２に供給される電力のデューティ比を制御した。その結果、第１センサ部１１と第２センサ部１２の温度差は、周囲温度０〜５０℃において、０．０２±０．０７℃であった。この温度差は、出力信号比（ＩｐＴＲＡＳＭ＿１／ＩｐＲＥＦ＿１）に基づくＣＯ２濃度算出値において、１４〜２５ｐｐｍの誤差に相当する。
【００５１】
（２）第２実施例
第２実施例では、第１実施例に対し、図３に示したように受発光制御部３０の機能部を変更した。
第２実施例では、図３に示した受発光制御部３０において、第１駆動部５１により、第１発光部１を周波数２３０Ｈｚで発光させ、第１センサ部１１から信号ＩｐＲＥＦ＿１を、第２センサ部１２から信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿１をそれぞれ得た。また、同時に第２駆動部５２により、第２発光部２を周波数２６０Ｈｚで発光させ、第１センサ部１１から信号ＩｐＴＲＡＳＭ＿２を、第２センサ部１２から信号ＩｐＲＥＦ＿２をそれぞれ得た。加えて、第１センサ部１１との抵抗値と第２センサ部１２の抵抗値とをそれぞれ測定した。
【００５２】
第２実施例では、演算部８０及び制御回路７０を用いて、第１センサ部１１と第２センサ部１２の各抵抗値をそれぞれ温度に換算し、周囲温度によらず、第１センサ部１１と第２センサ部１２の各温度が互いに等しくなるように、第１発光部１及び第２発光部２に供給される電力のデューティ比をそれぞれ制御した。その結果、第１センサ部１１と第２センサ部１２の温度差は、周囲温度０〜５０℃において、０．０２±０．０３℃であった。この温度差は、出力信号比（ＩｐＴＲＡＳＭ＿１／ＩｐＲＥＦ＿１）に基づくＣＯ２濃度算出値において、３〜１４ｐｐｍの誤差に相当する。
【００５３】
（３）第１参考例
第１参考例及び後述の第２参考例では、第１実施例及び第２実施例に対し、図５に示すように受発光制御部２３０を備える濃度測定装置４００を用意した。この濃度測定装置４００の受発光制御部２３０には、図２に示した受発光制御部３０の演算部８０及び制御回路７０に相当する機能はない。つまり、第１参考例及び第２参考例では、実施例１、２のように「第１センサ部１１と第２センサ部１２との温度差が周囲温度によらず一定になるように、第１発光部１に供給する電力及び第２発光部２に供給する電力を制御する」機能はない。
【００５４】
参考例１では、図５に示すように、受発光制御部２３０は制御回路２７０を有する。この制御回路２７０の制御下で、第１駆動部５１により、第１発光部１を周波数２３０Ｈｚで発光させ、第２発光部２は発光させなかった。その結果、第１センサ部１１と第２センサ部１２の温度差は、周囲温度０〜５０℃において、１．７１±０．７６℃であった。この温度差は、出力信号比（ＩｐＴＲＡＳＭ＿１／ＩｐＲＥＦ＿１）に基づくＣＯ２濃度算出値において、３００〜７００ｐｐｍの誤差に相当する。
【００５５】
（４）第２参考例
第２参考例では、図５に示す受発光制御部２３０を用いて、第１駆動部５１により、第１発光部１を周波数２３０Ｈｚで発光させ、同時に第２駆動部５２により、第２発光部２を周波数２６０Ｈｚで発光させた。その結果、第１センサ部１１と第２センサ部１２の温度差は、周囲温度０〜５０℃において、０．１０±０．２０℃であった。この温度差は、出力信号比（ＩｐＴＲＡＳＭ＿１／ＩｐＲＥＦ＿１）に基づくＣＯ２濃度算出値において、２８〜８４ｐｐｍの誤差に相当する。
【００５６】
＜その他＞
本発明は、以上に記載した実施形態やその変形例、実施例に限定されるものではない。当業者の知識に基づいて実施形態やその変形例、実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、実施形態やその変形例、実施例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更等を加えた態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１  第１発光部
２  第２発光部
１１  第１センサ部
１２  第２センサ部
２１  第１基板
２２  第２基板
３０  受発光制御部
４０  ガスセル
５１  第１駆動部
５２  第２駆動部
６１  第１信号処理部
６２  第２信号処理部
７０、１７０  制御回路
８０、１８０  演算部
９０  濃度算出部
１６１  第１信号処理／抵抗測定部
１６２  第２信号処理／抵抗測定部
２０１、３１１、２０１´、３１１´  第１導電型の半導体層
２０２、３１２、２０２´、３１２´  第２導電型の半導体層
２０３、２０４、３１３、３１４、２０３´、２０４´、３１３´、３１４´  電極
２１１  第１主面
２１２  第２主面
【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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