(57)【要約】　　　（修正有）【課題】検出部の構成が簡単で、単成分ガスを高感度に検出する赤外線ガス分析計を提供する。【解決手段】サンプルガスＳＧが供給されるセル１の一端に光源２が設けられ、他端に測定用熱型赤外センサ８および比較用熱型赤外センサ９が並設され、各赤外センサにフィルタ５を介して特定波長の光が入射するように構成された赤外線ガス分析計において、フィルタは、測定用熱型赤外センサ用および比較用熱型赤外センサ用として一体かつその断面形状が平行四辺形であり、平行四辺形における光軸１０に垂直な二つの面５ａ，５ｄが反射防止膜でコーティングされ、これらの二つの面に隣接し、光軸に対して所定角度傾いた二つの面５ｂ，５ｃのうち一方の面５ｂが、測定対象成分における複数の吸収ピークのうち最も短い波長の光をカットオンし、この光を測定用熱型赤外センサに入射させる一方、他方の面５ｃが一方の面において反射された光を比較用赤外センサに入射させる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルガスが供給されるセルの一端側に光源が設けられ、他端側に測定用熱型赤外センサおよび比較用熱型赤外センサが並設され、前記各赤外センサにフィルタを介して特定波長の光が入射するように構成され、前記サンプルガス中の単一の測定対象成分を定量するようにした赤外線ガス分析計において、前記フィルタは、前記測定用熱型赤外センサ用および比較用熱型赤外センサ用として一体かつその断面形状が平行四辺形であり、前記平行四辺形における光軸に垂直な二つの面が反射防止膜でコーティングされ、これらの二つの面に隣接し、前記光軸に対して所定角度傾いた二つの面のうち一方の面が、前記測定対象成分における複数の吸収ピークのうち最も短い波長の光をカットオンし、この光を測定用熱型赤外センサに入射させる一方、他方の面が前記一方の面において反射された光を比較用赤外センサに入射させるようにしたことを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
光軸に垂直な二つの面に隣接する二つの面の光軸に対する傾き角度が４５°である請求項１に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項３】
測定用熱型赤外センサおよび比較用熱型赤外センサが同一の容器内に封入されている請求項１または２に記載の赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、赤外線ガス分析計に関し、より詳しくは、サンプルガスが供給されるセルの一端側に光源が設けられ、他端側に測定用熱型赤外センサおよび比較用熱型赤外センサとが並設され、前記各赤外センサにフィルタを介して特定波長の光が入射するように構成され、前記サンプルガス中の単一の測定対象成分を定量するようにした非分散型の赤外線ガス分析計の改良に関する。ここで、熱型赤外センサとは、焦電材料を用いた焦電型赤外線センサやサーモパイル型赤外センサのことをいう。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、焦電型赤外線センサは、一般にそれ自体では赤外線を選択できるような波長特性を持たないところから、この種の焦電型赤外線センサを用いて、特定の単成分ガスを定量分析する場合、例えば、図５に示すような赤外線ガス分析計が用いられていた。
【０００３】すなわち、図５において、５１はサンプルガスＳＧが流通的に供給されるセルである。５２はセル５１の一方のセル窓５１ａ側に設けられる光源で、セル５１に赤外光ＩＲを連続的に照射する。５３，５４はセル５１の他方のセル窓５１ｂ側に互いに並列的に設けられる焦電型赤外線センサで、これらの焦電型赤外線センサ５３，５４のそれぞれの前面側（セル５１側）にはフィルタ５５，５６が設けられている。そして、一方のフィルタ５５は、特定の測定対象成分のみの特性吸収帯域の赤外線を通過させるようにして測定対象成分に対して選択性を有するバンドパスフィルタに構成されており、他方のフィルタ５６は、前記特性吸収帯域には吸収をもたないようなバンドパスフィルタに構成されており、焦電型赤外線センサ５３，５４がそれぞれ測定用赤外線センサ、比較用赤外線センサとして機能させるように構成されている。５７は例えばセル５１とフィルタ５５，５６との間に設けられるチョッパで、モータ（図示していない）により一定の方向に一定の周期で回転して、セル５１を通過した赤外光ＩＲを断続するものである。なお、５１ｃ，５１ｄはサンプルガスＳＧの導入口、導出口である。
【０００４】上記構成の赤外線ガス分析計においては、光源５２からの赤外光ＩＲをセル５１に対して連続的に照射し、チョッパ５７を一定周期で回転させている状態で、セル５１にサンプルガスＳＧを一定流量で供給することにより、焦電型赤外線センサ５３，５４から所定の交流信号が出力され、両信号を同期整流した後、それらの信号の差をとることにより、サンプルガスＳＧ中の特定の測定対象成分の濃度に比例した信号が得られ、これに基づいて測定対象成分の濃度を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の赤外線ガス分析計においては、セル５１の他端側に並置される焦電型赤外線センサ５３，５４に対応して、互いに独立してフィルタ５５，５６を設けているため、それだけ検出部における構成部品が多くなり、構成が複雑になるといった課題がある。また、上記従来の構成においては、温度変動に追従するのが困難なことがあった。
【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、検出部の構成が簡単で、単成分ガスを高感度かつ安定に検出することのできる赤外線ガス分析計を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、この発明では、サンプルガスが供給されるセルの一端側に光源が設けられ、他端側に測定用熱型赤外センサおよび比較用熱型赤外センサが並設され、前記各赤外センサにフィルタを介して特定波長の光が入射するように構成され、前記サンプルガス中の単一の測定対象成分を定量するようにした赤外線ガス分析計において、前記フィルタは、前記測定用熱型赤外センサ用および比較用熱型赤外センサ用として一体かつその断面形状が平行四辺形であり、前記平行四辺形における光軸に垂直な二つの面が反射防止膜でコーティングされ、これらの二つの面に隣接し、前記光軸に対して所定角度傾いた二つの面のうち一方の面が、前記測定対象成分における複数の吸収ピークのうち最も短い波長の光をカットオンし、この光を測定用熱型赤外センサに入射させる一方、他方の面が前記一方の面において反射された光を比較用赤外センサに入射させるようにしている（請求項１）。
【０００８】上記赤外線ガス分析計によれば、フィルタの光透過帯域が可及的に広くなり、複数の吸収ピークを持つ測定対象成分による吸収量を可及的に大きくすることができ、この種の測定対象成分を高感度に測定することができる。したがって、この種の測定対象成分がサンプルガス中にきわめて微量しか含まれていないような場合においても、これを精度よく検出することができる。
【０００９】そして、上記赤外線ガス分析計において、光軸に垂直な二つの面に隣接する二つの面の光軸に対する傾き角度が４５°とした場合（請求項２）、フィルタとしての性能および製作の容易さを考慮した場合、最良のものが得られる。
【００１０】また、上記赤外線ガス分析計において、測定用熱型赤外センサおよび比較用熱型赤外センサを同一の容器内に封入した場合（請求項３）、検出部の構成がより一層コンパクトになるとともに、周囲温度の変化の影響を受けにくくなり、環境変化への耐久力が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図４は、この発明の一つの実施の形態を示す。まず、図１において、１はサンプルガスＳＧが流通的に供給されるセルである。２はセル１の一方のセル窓１ａ側に設けられる光源で、セル１に赤外光ＩＲを連続的に照射する。３はセル１の他方のセル窓１ｂ側に設けられるチョッパで、モータ（図示していない）により一定の方向に一定の周期で回転して、セル１を通過した赤外光ＩＲを断続するものである。なお、１ｃ，１ｄはサンプルガスＳＧの導入口、導出口である。ここまでの構成は、図５に示した従来の赤外線ガス分析計と変わるところはない。
【００１２】この発明の赤外線ガス分析計では、セル１の他端側に設けられる検出部４を以下のように構成している。すなわち、５はフィルタ、６はこのフィルタ５の後段に設けられる赤外線検出器である。まず、赤外線検出器６の構成を説明すると、この赤外線検出器６は、一つの密封構造のケース７内に焦電素子よりなる赤外センサ８，９を互いに光学的に並列な関係に配置してなるもので、フィルタ５によって、一方の赤外センサ８が測定用赤外センサとして、他方の赤外センサ９が比較用赤外センサとして機能するものである。そして、図示例においては、測定用赤外センサ８がセル１の中心を通る赤外光ＩＲの光軸１０に対応する位置に設けられ、比較用赤外センサ９は、その下方に適宜離れて位置するように設けられている。１１は赤外センサ８，９の出力Ｓ，Ｒの差（Ｒ−Ｓ）をとる引き算回路で、その出力は演算制御部（図示していない）に入力される。
【００１３】次に、フィルタ５の構成を説明すると、このフィルタ５は、これ一つで前記赤外センサ８，９をそれぞれ測定用赤外センサ、比較用赤外センサとして機能させるもので、特に、一方の赤外センサ８に測定対象成分に対する選択性を持たせるもので、その断面形状が４つの面５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（以下、ａ面５ａ、ｂ面５ｂ、ｃ面５ｃ、ｄ面５ｄという）からなり、ａ面５ａとｄ面５ｄとが平行に、ｂ面５ｂとｃ面５ｃとが平行になった平行四辺形に形成されており、例えばＳｉ基板をベースとするものである。
【００１４】前記フィルタ５の具体的な構成について、図２をも参照しながら説明すると、このフィルタ５は、図１に示すように、セル１に対して照射される赤外光ＩＲの光軸１０に垂直となるようにａ面５ａ、ｄ面５ｄが設けられるとともに、ａ面５ａとｄ面５ｄとを結ぶ二つの斜面５ｂ，５ｃは、ｂ面５ｂと光軸１０とのなす角度αが４５°となるように傾いた状態で設けられ、ｂ面５ｂが測定用赤外センサ８に対応し、ｃ面５ｃが比較用赤外センサ９に対応する位置に設けられている。
【００１５】ここで、測定対象成分として、例えば、図３に示すように、複数の吸収ピークＰ１　〜Ｐ５　をもつＣ５　Ｆ８　を想定する。この図３からわかるように、Ｃ５　Ｆ８　は、波数が１８５０〜９５０ｃｍ−１に見られるピークＰ１　〜Ｐ５　は、全て測定情報として活用することができる。
【００１６】そこで、前記フィルタ５としては、測定対象成分であるＣ５　Ｆ８　における複数の吸収ピークのうち最も短い波長（波数１８５０ｃｍ−１）をカットオンさせ、このカットオンされた波長域の赤外光ＩＲＳ　を赤外線検出器６の測定用赤外センサ８に入力させ、前記波長より短い波長域の赤外光ＩＲＲ　を比較用赤外センサ９に入力させるようにしている。
【００１７】すなわち、セル１に近く、光軸１０に垂直な入射面としてのａ面５ａは、反射防止機能を有するようにＡＲコーティングが施されている。そして、前記光軸１０となす角度αが４５°となるように、赤外線検出器６側に傾斜し、測定用赤外センサ８に臨むｂ面５ｂは、波数１８５０ｃｍ−１でカットオンし、これより長い波長の赤外光ＩＲを測定用赤外センサ８側に通過させ、これより短い波長の赤外光ＩＲをｃ面５ｃ側に反射するように構成されている。また、ｂ面５ｂと同様に、赤外線検出器６側に傾斜し、比較用赤外センサ９に臨むｃ面５ｃは、このｃ面５ｃに入射する赤外光ＩＲを、光軸１０に垂直なｄ面５ｄ側に全反射するように、例えばアルミニウムや金などを蒸着することによりコーティングされている。さらに、赤外線検出器６に近く、光軸１０に垂直なｄ面５ｄは、ｂ面５ｂにおいて漏れ出る赤外光ＩＲをブロックするようにコーティングが施されている。
【００１８】上記のように構成されたフィルタ５の各面の透過率は、図４に示すようになる。
【００１９】上記構成の赤外線ガス分析計においては、光源２からの赤外光ＩＲをセル１に対して連続的に照射し、チョッパ３を一定周期で回転させている状態で、セル１に対して、Ｃ５　Ｆ８　を含んだサンプルガスＳＧを一定流量で供給する。セル１を通過した赤外光ＩＲは、チョッパ３によってチョッピングされ、フィルタ５のａ面５ａに入射して水平方向に直進し、４５°に傾いたｂ面５ｂに至る。このｂ面５ｂに至った赤外光ＩＲのうちの１８５０ｃｍ−１以上の長波長の光ＩＲＳ　は、ｂ面５ｂを通過して赤外線検出器６の測定用赤外センサ８に入射する。一方、前記ｂ面５ｂに至った赤外光ＩＲのうちの１８５０ｃｍ−１より短波長の光ＩＲＲ　は、ｂ面５ｂにおいて全反射されて、下方のｃ面５ｃに至り、このｃ面５ｃで全反射されて、光軸１０と垂直なｄ面５ｄを通過して赤外線検出器６の比較用赤外センサ９に入射する。
【００２０】前記測定用赤外センサ８および比較用赤外センサ９の出力Ｓ，Ｒは、それぞれ引き算回路１１に入力され、この回路１１から（Ｒ−Ｓ）なる信号が出力され、この信号が演算制御部に入力されて、適宜処理されることにより、サンプルガスＳＧ中に含まれるＣ５　Ｆ８　の濃度が得られる。
【００２１】上述のように、この実施の形態における赤外線ガス分析計においては、従来の赤外線ガス分析計とは異なり、フィルタ５の光透過帯域が可及的に広くなり、複数の吸収ピークを持つ測定対象成分による吸収量を可及的に大きくすることができ、この種の測定対象成分を高感度に測定することができる。したがって、この種の測定対象成分がサンプルガスＳＧ中にきわめて微量しか含まれていないような場合においても、これを精度よく検出することができる。
【００２２】そして、前記フィルタ５は、測定用赤外センサ８および比較用赤外センサ９に共通して唯一つ設けるだけでよく、それだけ、検出部４における構成部材が少なくて済む。
【００２３】また、前記フィルタ５は、光軸１０に垂直な二つの面５ａ，５ｄに隣接する二つの面５ｂ，５ｃの光軸１０に対する傾き角度αが４５°であるので、製作が容易である。
【００２４】さらに、測定用赤外センサ８と比較用赤外センサ９が同一の容器７内に封入されているので、検出部４の構成がより一層コンパクトになるとともに、周囲温度の変化の影響を受けにくくなり、環境変化への耐久力が向上する。
【００２５】そして、前記フィルタ５として、その基板にＳｉ基板を用いた場合、ｃ面５ｃでは、その入射角度により全反射が起こるので、コーティングが不要になる。また、このｃ面５ｃのコーティング条件を調節することにより、測定用赤外センサ８および比較用赤外センサ９にそれぞれ入射する赤外光ＩＲＳ　，ＩＲＲ　の光量比を合わせることができる。
【００２６】また、上記構成の赤外線ガス分析計は、単成分ガスを高感度に検出するのに好適で、例えば、半導体の製造プロセスにおいて用いるプロセス原料のガス分析や基板上に所定の膜を形成するのに用いる原料ガスの分析などに好適に用いることができ、有機金属などの検出にも使用することができる。
【００２７】なお、前記二つの面５ｂ，５ｃの光軸１０に対する傾き角度αは、４５°に限られるものではなく、これらの面５ｂ，５ｃが互いに平行である限り、任意の大きさに設定することができる。
【００２８】さらに、チョッパ３は、光源２と検出部４までの間の光路内であればどこに設けてあってもよい。
【００２９】また、測定用赤外センサ８と比較用赤外センサ９とを互いに水平となるように（図１において、紙面に垂直な方向で並ぶように）設けてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、セルの他端側に設けられる検出部の構成が簡単となり、単成分ガスを高感度かつ安定に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の赤外線ガス分析計の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】前記赤外線ガス分析計に用いられるフィルタを示す図である。
【図３】ある測定対象成分の吸収スペクトルを示す図である。
【図４】前記測定対象成分を測定するときのフィルタの各面における透過率を示す図である。
【図５】従来の赤外線ガス分析計を示す図である。
【符号の説明】
１…セル、２…光源、５…フィルタ、５ａ，５ｄ…光軸に垂直な面、５ｂ，５ｃ…光軸と所定角度傾いた面、７…容器、８…測定用熱型赤外センサ、９…比較用熱型赤外センサ、１０…光軸、ＳＧ…サンプルガス。
【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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