(57)【要約】  テラヘルツ波を用いた気体分析装置において、分析可能な気体濃度レンジを拡大する。  テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、少なくとも１つ以上の光発生部と、前記光発生部からが生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、光量を測定する、少なくとも２つ以上の第１と第２の検出部と、前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、前記第１と第２の検出部は、前記テラヘルツ帯の光の同一光路中の異なる地点に配置され、おける、前記テラヘルツ帯の光の光量の一部を前記検出部で測定し、前記第１と第２の検出部で測定した異なる地点の前記光量から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置で解決できる。
2016208048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、
単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する光発生部と、
前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、光量を測定する第１と第２の検出部と、
前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、
前記第１と第２の検出部は、前記テラヘルツ帯の光の同一光路中の異なる地点に配置され、
前記第１と第２の検出部で測定した光量から前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気体分析装置において、
前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光は、前記気体のテラヘルツ帯の少なくとも１つの吸収線の、半値全幅以上の範囲で発振周波数を掃引する、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の気体分析装置において、
前記光発生部を複数有し、
前記光発生部は、互いに異なる単一発振周波数の前記テラヘルツ帯の光を生成する、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の気体分析装置において、
前記第１と第２の検出部における前記光量の測定値と、前記測定値と気体の種類および濃度を対応付けるデータとを蓄積するデータ蓄積部と、
前記データ蓄積部に蓄積した、前記測定値と、前記測定値と気体の種類および濃度を対応付けるデータをもとに、前記気体セル中の気体の種類および濃度を分析する分析部と、
を備える、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の気体分析装置において、
前記テラヘルツ帯の光が前記気体セルに入射する前に、前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光の一部光量を分岐する光分岐素子と、
前記光分岐素子により分岐され、前記気体セルを通過しない分岐光の光量を測定する分岐光検出部と、を有し
前記分岐光の光量と前記テラヘルツ波の光量の光量比から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項６】
テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、
単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する第１と第２の光発生部と、
前記第１の光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、光量を測定する第１の検出部と、前記第２の光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、光量を測定する第２の検出部と、
前記第１と第２の光発生部が生成したテラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、
前記第１と第２の光発生部と、前記第１と第２の検出部と、前記気体セルは、前記気体セル内の光路長が、前記第１の光発生部と前記第１の検出部との間の光路長と、前記第２の光発生部と前記第２の検出器との間の光路長とで異なる長さになるよう配置され、
前記第１と第２の検出部で測定した前記光量から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする、気体分析装置。
【請求項７】
請求項６に記載の気体分析装置において、
前記気体セルは、前記第１の光発生部と前記第１の検出部と、前記第２の光発生部と前記第２の検出部との前記気体セル内での光路長が異なる光路長になるように、前記第１と第２の光発生部と前記第１と第２の検出部との間に配置される、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項８】
請求項６に記載の気体分析装置において、
前記第１と第２の光発生部と、前記第１と第２の検出部は、前記第１の光発生部と前記第１の検出部との間の光路長と、前記第２の光発生部と前記第２の検出器との間の光路長とで異なる長さになるように気体セル内に配置される、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項９】
テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、
単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、２つ以上の光発生部と、
前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、光量を測定する検出部と、
前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、
それぞれの前記光発生部ごとに生成した前記テラヘルツ帯の光を、それぞれ異なる振幅変調する変調器と、を有し、
前記検出部が、異なる変調ごとに前記テラヘルツ帯の光の光量を測定することで、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の気体分析装置において、
前記変調器は、それぞれの前記光発生部ごとに生成した前記テラヘルツ帯の光を、それぞれ異なる変調周波数で振幅変調し、
前記検出部は、異なる変調周波数ごとに前記テラヘルツ帯の光の光量を測定する、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の気体分析装置において、
前記変調器は、それぞれの前記光発生部ごとに生成した前記テラヘルツ帯の光を、それぞれ異なる位相の同一変調周波数で振幅変調し、
前記検出部は、異なる位相ごとに前記テラヘルツ帯の光の光量を測定すること、
を特徴とする気体分析装置。
【請求項１２】
テラヘルツ波を用いて所定の気体を分析する気体分析装置において、
それぞれ異なる単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する２つ以上の光発生部と、
前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、光量を測定する検出部と、
前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、
前記検出部でそれぞれ異なる周波数ごとに測定した前記テラヘルツ帯の光の光量から、前記気体セル中の気体を分析する演算部と、を有し、
前記演算部は、前記検出部でそれぞれ異なる周波数ごとに測定した前記光量から前記検出部の雑音等価光量以上の前記光量を選択し、
前記選択した光量から、前記気体セル中の気体を前記演算部で分析する、ことを特徴とする気体分析装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の気体分析装置において、
異なる周波数の前記選択した光量の比から、前記気体セル中の気体を前記演算部で分析する、ことを特徴とする気体分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いて気体を分析する気体分析装置および気体分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、例えば特開２０１１−１６９６３７（特許文献１）がある。特許文献１には課題として「被測定対象物がテラヘルツ波に対する吸収係数の小さい気体であっても、構成を大型化することなく良好にテラヘルツ透過スペクトル測定を行うことができるようにする。」と記載があり、解決手段として「被測定対象物が収容される内部空間１５を有すると共に、入射口１１Ａを介して入射したテラヘルツ波を内部空間１５で複数回内部反射させた後、出射口側に導くフォトニック結晶型の共振器構造を有する基板を用いる。テラヘルツ波を内部空間内で複数回内部反射させることによって測定に必要とされる伝搬距離が十分に確保される。これにより、テラヘルツ波に対する吸収係数の小さい気体であっても、構成を大型化することなく良好にテラヘルツ透過スペクトル測定を行うことが可能となる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６９６３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、数１００ＧＨｚ〜数１０ＴＨｚの周波数を有する電磁波である、テラヘルツ波を利用した種々の気体の分析技術が注目を集めている。これは、多くの物質がテラヘルツ波に対して指紋スペクトルという、特徴的な吸収スペクトルを示すことによる。【０００５】
特許文献１では、気体中のテラヘルツ波の光路長を増やすことで、気体によるテラヘルツ波の吸収量を増加させ、微量気体の分析を可能としている。【０００６】
しかしながら、低コスト・小型化のため、単一周波数のテラヘルツ波を発振するテラヘルツ波発生器を用いると、特許文献１の技術では、気体の濃度が高くなった場合、テラヘルツ波が過剰に吸収され、検出器に到達するテラヘルツ波の光量が検出器のノイズレベル以下になり、十分に気体を分析できないという課題がある。【０００７】
そこで本発明は、テラヘルツ波を用いた気体分析装置において、分析可能な気体濃度レンジを拡大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、例えば下記の構成により解決される。【０００９】
テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する光発生部と、前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、光量を測定する第１と第２の検出部と、前記光発生部が生成した前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、前記第１と第２の検出部は、前記テラヘルツ帯の光の同一光路中の異なる地点に配置され、前記第１と第２の検出部で測定した光量から前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、テラヘルツ波を用いた気体分析装置において、分析可能な気体濃度レンジを拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における気体分析装置を表す図
【図２】本発明における気体分析装置内の演算部を表す図
【図３】実施例１における気体分析装置を表す図
【図４】実施例２における気体分析装置を表す図
【図５】実施例２における気体分析装置内のテラヘルツ波発生器を表す図
【図６】実施例２における気体分析装置を表す図
【図７】実施例３における気体分析装置を表す図
【図８】実施例３におけるテラヘルツ波の変調信号と検出信号を表す図
【図９】実施例３におけるテラヘルツ波の変調信号を表す図
【図１０】実施例４における気体分析装置を表す図
【図１１】実施例４における気体分析装置内のテラヘルツ波発生器およびテラヘルツ波検出器を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。図１は本実施例における気体分析装置の基本的な構成の一例を示したものである。【００１４】
単一発振周波数のテラヘルツ波発生器１０１から発生したテラヘルツ波１０２は気体セル１０３に入射する。気体セル１０３は、全体もしくはテラヘルツ波が通過する部分をセラミックスなど、テラヘルツ波をある程度透過する材質で構成されたものとする。また、気体セル１０３は気体が流れる配管でも良いし、気体を密封した容器であっても良い。【００１５】
テラヘルツ波１０２は気体セル１０３をはさむ様に配置したハーフミラー１０４とミラー１０５を数回反射し、テラヘルツ波検出器１０７に入射する。【００１６】
式1はテラヘルツ波発生器１０１から発生したテラヘルツ波の光量をＩ０としたときに、テラヘルツ波検出器１０７に到達するテラヘルツ波の光量Ｉを示す式である。ここでaは気体セル１０３内部の気体によるテラヘルツ波の吸収係数をあらわし、Ｌは気体セル１０３中のテラヘルツ波の光路長をあらわす。気体によるテラヘルツ波の吸収係数ａは、気体の種類によって変化し、さらに気体の濃度およびテラヘルツ波の周波数の関数となっている。そのため、テラヘルツ波検出器１０７に到達するテラヘルツ波の光量Iから気体セル１０３内の気体の判別と濃度の算出が可能となる。
(式１)  Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ(-ａＬ)
なお、テラヘルツ波発生器１０１は、異なる周波数のテラヘルツ波発生器を複数個集積もしくは並べたものや、単一発振周波数を掃引できるテラヘルツ波発生器を用いて、複数の周波数における気体によるテラヘルツ波の吸収係数を算出し、気体を分析しても良い。また、少なくとも気体セル内の気体による吸収線の半値全幅以上の範囲で、発振周波数を掃引可能な単一発振周波数のテラヘルツ波発生器を用いて、吸収線の強さと吸収線の幅を算出し、気体を分析してもよい。【００１７】
ところで、低濃度の気体を精度よく分析するために、気体セル１０３内の光路長を長くすることで気体によるテラヘルツ波の吸収量を増やす方法も考えられる。しかし、ある程度高濃度の気体を分析する際、テラヘルツ波が過剰に吸収されるため、テラヘルツ波検出器１０７に到達するテラヘルツ波の光量が、テラヘルツ波検出器１０７の雑音等価光量以下となり、気体の種類や濃度を適切に分析可能なレンジが狭まるという課題がある。【００１８】
次に、本実施例における気体分析装置の特徴である、分析可能な気体濃度レンジの拡大方法について説明する。【００１９】
図１に示した、ハーフミラー１０４に入射したテラヘルツ波１０２の一部光量はハーフミラー１０４を透過する。ハーフミラー１０４を透過したテラヘルツ波１０２はテラヘルツ波検出器１０６に入射する。【００２０】
ハーフミラー１０４による、テラヘルツ波の反射率をＲ、テラヘルツ波発生器１０１からテラヘルツ波検出器１０６までの気体セル１０３内の光路長をＬ１、テラヘルツ波発生器１０１からテラヘルツ波検出器１０７までの気体セル１０３内の光路長をＬ２とおくと、テラヘルツ波検出器１０６に到達するテラヘルツ波１０２の光量は(１-Ｒ)Ｉ０ｅｘｐ(-ａＬ１)、テラヘルツ波検出器１０７に到達するテラヘルツ波１０２の光量はＲＩ０ｅｘｐ(-ａＬ２)となる。【００２１】
図２は本実施例における、テラヘルツ波検出器１０６、１０７で検出したテラヘルツ波１０２の光量を処理する演算部２０１の構成の一例を示したものである。テラヘルツ波検出器１０６、１０７で検出したテラヘルツ波１０２の光量は、演算部２０１へ入力され、気体セル１０３内の気体を分析する分析部２０２へと転送される。分析部２０２はテラヘルツ波１０２の光量から気体セル１０３内の気体によるテラヘルツ波１０２の吸収係数aを計算する。【００２２】
このとき、テラヘルツ波検出器１０７で検出したテラヘルツ波１０２の光量が、テラヘルツ波検出器１０７の雑音等価光量以下の場合、テラヘルツ波検出器１０７で検出したテラヘルツ波１０２の光量を用いた吸収係数aの算出は行わず、テラヘルツ波検出器１０６で検出したテラヘルツ波１０２の光量を用いた吸収係数aの算出を行う。その後、分析部１０２は、吸収係数aと気体の種類及び濃度を対応付けるデータを蓄積したデータ蓄積部２０３に蓄積されたデータを参照し、気体の分析を行う。【００２３】
以上の構成とすることで、気体セル１０３内の気体濃度が低い場合には、気体セル１０３内の光路長が長く、気体によるテラヘルツ波の吸収量が大きい、テラヘルツ波検出器１０７に到達するテラヘルツ波１０２の光量をもとに気体を分析する。【００２４】
一方、気体セル１０３内の気体濃度が高い場合には、気体セル１０３内の光路長が短く、気体によるテラヘルツ波の吸収量が小さい、テラヘルツ波検出器１０６に到達するテラヘルツ波１０２の光量をもとに気体を分析する。このような方法で気体濃度を分析することで、分析可能な気体濃度のレンジを拡大することが可能となる。【００２５】
テラヘルツ波検出器１０６と１０７で検出したテラヘルツ波１０２の光量のうち、気体分析に使用する光量は、例えば、複数の光量の中から、光量がテラヘルツ波検出器の雑音等価光量以上のものを選べば良い。【００２６】
なお、本実施例における気体分析装置の構成は、ここで示した構成に限らず、例えば３つ以上のテラヘルツ波検出器を用いて、３通り以上の光路長の長さで測定を行っても良いし、ミラー１０５をハーフミラーで置き換え、その後方にもテラヘルツ波検出器を配置しても良い。【００２７】
また、テラヘルツ波検出器が検出するテラヘルツ波は、気体セル１０３内を透過したものに限らず、図３に示したように、気体セル１０３に入射する前のテラヘルツ波１０２の一部光量を検出するテラヘルツ波検出器３０１を追加しても良い。このような構成とし、テラヘルツ波検出器３０１で検出した光量の変化率と他のテラヘルツ波検出器で検出した光量の積を計算することで、テラヘルツ波発生器１０１から発生するテラヘルツ波１０２の光量のゆらぎや、経時劣化を補正することが可能となる。
【実施例２】
【００２８】
本実施例が実施例１と異なるのは、本実施例の気体分析装置が複数のテラヘルツ波発生器を有しており、気体セル内の異なるテラヘルツ波光路長ごとに、テラヘルツ波発生部とテラヘルツ波検出部が対となっている点である。【００２９】
図４は本実施例における気体分析装置の基本的な構成の一例を示したものである。テラヘルツ波発生器４０１〜４０３から発生したテラヘルツ波４０４〜４０６は、それぞれ気体セル１０３の異なる領域を透過し、それぞれテラヘルツ波検出器４０７〜４０９へと入射する。【００３０】
気体セル１０３は、例えば図４に示すようにテーパー構造を有しており、テラヘルツ波が入射する位置に応じて、気体セル１０３内の光路長が変化する。このため、テラヘルツ波４０４〜４０６の気体セル１０３内の光路長はそれぞれ異なる。【００３１】
以上の構成によると、気体セル内の気体濃度に応じて気体分析に用いるテラヘルツ波の光路長を選択することができ、分析可能な気体濃度のレンジを拡大することが可能になる。また、実施例１では課題となる、ハーフミラー１０４でのテラヘルツ波の分岐によるテラヘルツ波の光量の低下や、テラヘルツ波が気体セルを複数回透過することによる、テラヘルツ波の気体セル表面での反射損失を抑制することができる。【００３２】
なお、気体セル１０３のテーパー構造は、テラヘルツ波が気体セル１０３にブリュースター角で入射するように設計し、気体セル１０３の表面におけるテラヘルツ波の反射損失を抑制しても良い。また、気体セルの構造は上記に限らず、異なる位置から入射したテラヘルツ波の、気体セル内のテラヘルツ波光路長が、それぞれ異なるような構成であれば構わない。【００３３】
また、テラヘルツ波発生部とテラヘルツ波検出部の対ごとに、気体セル内のテラヘルツ波光路長を変える方法は、以上の方法に限らず、例えば図５に示すテラヘルツ波発生部５０１を用いても良い。テラヘルツ波発生部５０１は複数のテラヘルツ波発光面５０２〜５０４を有しており、テラヘルツ波発光面５０２〜５０４は互いに段差をつけて配置される。【００３４】
図６は、テラヘルツ波発生部５０１を用いた気体分析装置の基本的な構成の一例を示す図である。気体セル１０３の内部に配置された、テラヘルツ波発生部５０１のテラヘルツ波発光面５０２〜５０４からそれぞれ発生したテラヘルツ波４０４〜４０６は、テラヘルツ波検出４０７〜４０９に入射する。以上の構成により、テラヘルツ波４０４〜４０６の気体セル１０３中の光路長を互いに異なる長さにすることが可能となる。【００３５】
なお、テラヘルツ波発生部５０１の構成は本実施例に示したものに限らず、テラヘルツ波発光面を２次元アレー状に配置したものでも良い。また、以上の段差構造はテラヘルツ発生器に限らず、複数のテラヘルツ受光面に互いに段差をつけて配置したテラヘルツ波検出器を用いても良い。【００３６】
図６ではテラヘルツ波発生部５０１とテラヘルツ波検出部４０７〜４０９をすべて気体セル１０３の内部に配置したが、テラヘルツ波発生部とテラヘルツ波検出部のうち、段差構造を設けたものだけを気体セル１０３内に配置しても良い。
【実施例３】
【００３７】
本実施例が実施例２と異なるのは、複数のテラヘルツ波発生器から発生したテラヘルツ波を、同一のテラヘルツ波検出器に入射して検出する点である。【００３８】
図７は本実施例における気体分析装置の基本的な構成の一例を示したものである。変調器７０１はテラヘルツ波検発生器４０１〜４０３に振幅変調を加え、テラヘルツ波発生器４０１〜４０３は振幅変調されたテラヘルツ波４０４〜４０６を発生する。テラヘルツ波発生器４０１〜４０３にそれぞれ異なる変調を加え、テラヘルツ波検出器４０７でそれぞれの変調成分を検出することで、テラヘルツ波発生器４０１〜４０３から発生したテラヘルツ波４０４〜４０６を判別することが可能となる。【００３９】
本実施例における、変調器７０１によってテラヘルツ波発生器４０１〜４０３に加える変調信号および、テラヘルツ波検出器４０７で検出した、テラヘルツ波の検出信号の一例を図８を用いて説明する。【００４０】
図８（ａ）は変調器７０１からテラヘルツ波発生器４０１〜４０３に加える変調信号を示したグラフである。テラヘルツ波発生器４０１〜４０３から発生するテラヘルツ波４０４〜４０６はそれぞれ変調周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の変調信号８０１〜８０３で変調される。【００４１】
変調されたテラヘルツ波４０４〜４０６は同一のテラヘルツ波検出器４０７に入射する。図８（ｂ）はテラヘルツ波検出器４０７で検出されるテラヘルツ波の光量を示したグラフである。テラヘルツ波検出器４０７で検出される光量はテラヘルツ波４０４〜４０６の光量の和である。図８（ｃ）は図８（ｂ）の検出信号の波形をフーリエ変換したものである。フーリエ変換によって検出信号を変調周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の周波数ピーク８０４〜８０６に分解することができる。周波数ピーク８０４〜８０６の信号強度はそれぞれテラヘルツ波４０４〜４０６の光量に相当する。【００４２】
以上の構成によると、単一のテラヘルツ波検出器で複数のテラヘルツ波発生器から発生したテラヘルツ波の光量を検出することが可能となる。このため、実施例２と比較してテラヘルツ波の検出器の個数を減らすことができるため、気体分析装置の低コスト化、小型化につながる。【００４３】
なお、テラヘルツ波の振幅変調は以上に示した、テラヘルツ波発生器ごとに周波数の異なる正弦波による変調に限らず、すべてのテラヘルツ波発生器に同じ周波数成分を有する変調を加えたものであっても良い。図９に、この場合に加える変調信号の一例を示す。変調器７０１から出力される、変調信号９０１〜９０３はすべて同じ周波数とデューティ比を有する方形波であり、変調信号９０１〜９０３はそれぞれテラヘルツ波発生器４０１〜４０３を変調する。変調信号９０１〜９０３は、位相成分のみが互いに異なっており、テラヘルツ波検出器４０７にテラヘルツ波４０４〜４０６が入射するタイミングがずれている。テラヘルツ波検出器４０７において、変調信号９０１〜９０３と同期してテラヘルツ波４０４〜４０６の光量を時分割測定することで、複数のテラヘルツ波発生器から発生したテラヘルツ波の光量を、単一のテラヘルツ波検出器で検出することが可能となる
【実施例４】
【００４４】
本実施例が実施例１と異なるのは、単一の発振周波数のテラヘルツ波を連続発振するテラヘルツ波発光部を複数個用いる点である。【００４５】
図１０は本実施例における気体分析装置の基本的な構成の一例を示したものである。テラヘルツ発生器１０１は、互いに異なる単一発振周波数を有するテラヘルツ波１００１〜１００４を発生する。発生したテラヘルツ波１００１〜１００４は気体セル１０３を透過した後にテラヘルツ波検出器１０７に入射する。【００４６】
図１１は本実施例におけるテラヘルツ波発生器１０１とテラヘルツ検出器１０７の構成の一例を示したものである。テラヘルツ波発生器１０１は単一の発振周波数のテラヘルツ波を連続発振するテラヘルツ波発光面１１０１−１１０４を有し、テラヘルツ波発光面１１０１−１１０４はそれぞれ異なる周波数のテラヘルツ波１００１〜１００４を発振する。【００４７】
テラヘルツ波検出器１０７はテラヘルツ波受光面１１０５〜１１０８を有し、テラヘルツ波受光面１１０５はテラヘルツ波１００１を、テラヘルツ波受光面１１０６はテラヘルツ波１００２を、テラヘルツ波受光面１１０７はテラヘルツ波１００３を、テラヘルツ波受光面１１０８はテラヘルツ波１００４を、受光する。【００４８】
なお、テラヘルツ波発生器と検出器は、テラヘルツ波発光面と受光面を２次元アレー状に並べたものに限らず、一列に並べたものでも良いし、１つのテラヘルツ波発光面を有するテラヘルツ波発生器および１つのテラヘルツ波受光面を有するテラヘルツ波検出器をそれぞれ複数ならべる構成としても良い。【００４９】
以上の構成によれば、測定可能なテラヘルツ波周波数のレンジを拡大することができる。テラヘルツ波検出器１０７で検出した、複数のテラヘルツ波周波数の光量のうち、光量がテラヘルツ波検出器の雑音等価光量以上のものを選ぶことで、気体セル１０３内の気体濃度が高い場合は気体によるテラヘルツ波の吸収係数ａが小さい周波数で気体を分析することができるため、分析可能な気体濃度のレンジを広げることが可能になる。【００５０】
また、複数の周波数のテラヘルツ波の光量を測定することで、気体分析精度を向上することができる。例えば気体によるテラヘルツ波の吸収係数ａは、気体濃度に対して単純に比例しないことが知られており、複数の周波数におけるテラヘルツ波の吸収係数ａの比から、気体セル中の光路長によらず、気体濃度を一意に求めることができる。気体濃度に応じた吸収係数ａの比の変化が顕著に確認できる、複数のテラヘルツ波の周波数を選択して本実施例の気体分析装置を構成し、複数の周波数における吸収係数ａの比から気体の分析を行うことで、振動や変形などの外乱による気体セル中の光路長変化の影響を取り除いた測定が可能になる。【００５１】
なお、本実施例ではテラヘルツ波発光面、およびテラヘルツ波受光面の数、構成は本実施例に示したものに限らず、少なくとも２つ以上のテラヘルツ波周波数を利用する構成であれば良い。【００５２】
以上の構成によれば、単一発振周波数のテラヘルツ波光源を用いた気体分析装置において、分析可能な気体濃度レンジを拡大することが可能になる。【００５３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。変形例としては下記の構成が挙げられる。【００５４】
変形例１として、テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、少なくとも１つ以上の発生部と、前記発生部から生成した前記テラヘルツ帯の光を受光する、少なくとも２つ以上の検出部と、前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、前記テラヘルツ帯の光の同一光路中の異なる地点における、前記テラヘルツ帯の光の光量の一部を前記検出部で測定し、前記検出部で測定した異なる地点の前記光量から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。【００５５】
変形例２として、変形例１に記載の気体分析装置において、前記発生部から生成した前記テラヘルツ帯の光は、前記気体のテラヘルツ帯の少なくとも１つの吸収線の、半値全幅以上の範囲で発振周波数を掃引できること、を特徴とする気体分析装置。【００５６】
変形例３として、変形例１に記載の気体分析装置において、複数の前記発生部を有し、前記発生部は、互いに異なる単一発振周波数の前記テラヘルツ帯の光を生成する、ことを特徴とする気体分析装置。【００５７】
変形例４として、変形例１に記載の気体分析装置において、異なる地点の前記光量の測定値、および前記測定値と気体の種類・濃度を対応付けるデータを蓄積するデータ蓄積部と、前記データ蓄積部に蓄積した、前記測定値、および前記測定値と気体の種類・濃度を対応付けるデータをもとに、前記気体セル中の気体の種類・濃度を分析する分析部と、から構成されることを特徴とする気体分析装置。【００５８】
変形例５として、変形例１に記載の気体分析装置において、前記テラヘルツ帯の光が前記気体セルに入射する前に、前記発生部から生成した前記テラヘルツ帯の光の一部光量を分岐する光分岐素子と、前記光分岐素子により生成され、前記気体セルを通過しない分岐光の光量を測定する、分岐光検出部と、を有し前記分岐光の光量と前記テラヘルツ波の光量の光量比から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。【００５９】
変形例６として、テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、少なくとも２つ以上の発生部と、前記発生部から生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、前記発生部それぞれと対となる、少なくとも２つ以上の検出部と、前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、前記気体セルは、前記発生部と対となる検出部ごとに前記気体セル内の光路長を異なる長さにする構造とし、前記検出部から得られる前記光量から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする、気体分析装置。【００６０】
変形例７として、テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、少なくとも２つ以上の発光面で構成される発生部と、前記発生部から生成した前記テラヘルツ帯の光を受光し、前記発光面と対になる少なくとも２つ以上の受光面で構成される検出部と、を有し、前記発生部と前記検出部の少なくとも一方は、前記発生部と前記検出部との対ごとに前記発光面と前記受光面との間の光路長を異なる長さにする構造とし、前記検出部から得られる前記光量から、前記発光面と前記受光面の間の気体を分析する、ことを特徴とする、気体分析装置。【００６１】
変形例８として、テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、少なくとも２つ以上の発生部と、２つ以上の前記発生部から生成したテラヘルツ帯の光を受光する、少なくとも１つ以上の検出部と、前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、前記発生部ごとに、前記テラヘルツ帯の光を異なる変調周波数で振幅変調し、前記検出部は異なる変調周波数ごとに前記テラヘルツ帯の光の光量を測定することで、異なる前記発生部から生成される前記テラヘルツ帯の光の光量を測定し、前記検出部から得られる前記光量から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。【００６２】
変形例９として、テラヘルツ波を用いて、気体を分析する気体分析装置において、単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、少なくとも２つ以上の発生部と、２つ以上の前記発生部から生成したテラヘルツ帯の光を受光する、少なくとも１つ以上の検出部と、前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、を有し、異なる前記発生部ごとに、前記テラヘルツ帯の光は異なる位相の同一変調周波数で振幅変調され、前記検出部は異なる位相をもつ前記テラヘルツ帯の光ごとに光量を測定することで、異なる前記発生部から生成された前記光量を測定し、前記検出部で得られる前記光量から、前記気体セル中の気体を分析する、ことを特徴とする気体分析装置。【００６３】
変形例１０として、テラヘルツ波を用いて所定の気体を分析する気体分析装置において、それぞれ異なる単一発振周波数のテラヘルツ帯の光を生成する、少なくとも２つ以上の発生部と、前記テラヘルツ帯の光の光量を測定する、少なくとも１つ以上の検出部と、前記テラヘルツ帯の光が内部を通過する気体セルと、前記検出部で得られる前記テラヘルツ帯の光の光量から、前記気体セル中の気体を分析する演算部と、を有し、前記演算部は、前記検出部で得られる前記光量から前記検出部の雑音等価光量以上の前記光量を選択するデータ選択工程を有し、前記データ選択工程で選択された前記光量の比から、前記気体セル中の気体を前記演算部で分析する、ことを特徴とする気体分析装置。【００６４】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０１・・・テラヘルツ波発生器、１０２・・・テラヘルツ波、１０３・・・気体セル、１０４・・・ハーフミラー、１０５・・・ミラー、１０６・・・テラヘルツ波検出器、１０７・・・テラヘルツ波検出器、２０１・・・演算部、２０２・・・分析部、２０３・・・データ蓄積部、３０１・・・テラヘルツ波検出器、４０１・・・テラヘルツ波発生器、４０２・・・テラヘルツ波発生器、４０３・・・テラヘルツ波発生器、４０４・・・テラヘルツ波、４０５・・・テラヘルツ波、４０６・・・テラヘルツ波、４０７・・・テラヘルツ波検出器、４０８・・・テラヘルツ波検出器、４０９・・・テラヘルツ波検出器、５０１・・・テラヘルツ波発生器、５０２・・・テラヘルツ波発光面
５０３・・・テラヘルツ波発光面、５０４・・・テラヘルツ波発光面、７０１・・・変調器、８０１・・・変調信号、８０２・・・変調信号、８０３・・・変調信号、８０４・・・周波数ピーク、８０５・・・周波数ピーク、８０６・・・周波数ピーク、９０１・・・変調信号、９０２・・・変調信号、９０３・・・変調信号、１００１・・・テラヘルツ波、１００２・・・テラヘルツ波、１００３・・・テラヘルツ波、１００４・・・テラヘルツ波、１１０１・・・テラヘルツ波発光面、１１０２・・・テラヘルツ波発光面、１１０３・・・テラヘルツ波発光面、１１０４・・・テラヘルツ波発光面、１１０５・・・テラヘルツ波受光面、１１０６・・・テラヘルツ波受光面、１１０７・・・テラヘルツ波受光面、１１０８・・・テラヘルツ波受光面
【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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【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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【国際調査報告】
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