(57)【要約】【課題】小型かつ高感度であり、かつ光検出器の位置管理が容易である光電式流動体センサを提供する。【解決手段】凹面である反射面を互いに対面させて配置される２枚の反射鏡１３ａ，１３ｂを備え、両反射鏡１３ａ，１３ｂの反射面の間にガスを導入する。ガスに光を照射する光源２１と、光源２１から放射され反射鏡１３ａ，１３ｂで反射された光を受光する光検出器２２とを備える。光源２１から放射された光が、光検出器２２の光軸を含む第１の平面内において光検出器２２に平行光線束として入射するように、反射鏡１３ａ，１３ｂと光源２１と光検出器２２との寸法および位置が規定される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を互いに対面させて配置される第１および第２の反射鏡と、第１の反射鏡と第２の反射鏡との間の検出空間に導入される流動体に光を照射する光源と、光源から放射され第１および第２の反射鏡で反射された光を受光するとともに受光強度に応じた電気出力を発生する光検出器とを備え、光検出器の光軸を含む一つの平面である第１の平面内において第１および第２の反射鏡のうちの少なくとも一方の反射面は凹面であって、光源から検出空間に対して放射された光が少なくとも第１の平面内において光検出器に平行光線束として入射するように第１および第２の反射鏡と光源と光検出器との寸法および位置が規定されていることを特徴とする光電式流動体センサ。
【請求項２】
前記第１の平面に直交するとともに前記光源の光軸を含む第２の平面内において、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡の反射面は凹面であることを特徴とする請求項１記載の光電式流動体センサ。
【請求項３】
前記光源から放射される光の開き角度を規制する角度規制部材を付加したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電式流動体センサ。
【請求項４】
前記検出空間を囲むとともに検出空間に流動体を導入する導入口を有するセンサハウジングと、導入口の開口面積を可変にする導入率可変部材をセンサハウジングに設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光電式流動体センサ。
【請求項５】
前記導入口の開口面積を変化させるように前記導入率可変部材を駆動する駆動装置と、前記センサハウジングに導入される流動体のうち検出対象となる流動体の濃度が規定した閾値を越えると前記導入口の開口面積を拡げるように駆動装置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項４記載の光電式流動体センサ。
【請求項６】
前記センサハウジングの内側面のうち反射鏡の反射面を除く部位は、前記光源からの光に対して光反射性を持たないことを特徴とする請求項４または請求項５記載の光電式流動体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動体による光の吸収や散乱を検出するセンサであって、流動体の種類の特定や流動体の濃度の測定に用いられる光電式流動体センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流動体の種類の特定や濃度の測定に用いる流動体センサとして、光源からの光を流動体であるガスに照射し、ガスでの光の吸収による光の減衰を光検出器により検出する構成の光電式ガスセンサが知られている。この種の光電式ガスセンサとしては、たとえば、２枚の凹面反射鏡を対面させて配置し、一方の凹面反射鏡側から他方の凹面反射鏡側に向かって赤外光を出射するように光源を設け、光源から出射され凹面反射鏡で多重反射された光束が収束する位置に光検出器を設けた構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この構成では、凹面反射鏡の間の空間にガスを導入し、赤外光の吸収の度合いを光検出器で測定することにより、ガスの濃度値を求めている。
【０００３】
また、凹面反射鏡と平面反射鏡とを対面させて配置し、平面反射鏡側から凹面反射鏡側に向かって赤外光を出射するように光源を設け、光源から出射され凹面反射鏡と平面反射鏡とで反射された光束が収束する位置で平面反射鏡側に光検出器を設けた構成も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この構成では、光源から出射され凹面反射鏡で反射された光が平行光線束になり、この平行光線束が平面反射鏡で反射された後に再び凹面反射鏡で反射されることにより、光検出器に収束光線束が入射するように構成されている。この構成では、反射鏡の構成以外は特許文献１に記載のものと同様の構成であり同様に機能する。
【特許文献１】特開平９−２２９８５８号公報
【特許文献２】特開２０００−１９１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１、２に記載の構成は、いずれもが対面配置された２枚の反射鏡での多重反射により光源から光検出器までの光路長を長くしているから、２枚の反射鏡の間の空間に導入されるガスに光線束を接触させる機会が多くなり、結果的に占有空間を比較的小さくしながらも感度を高めることが可能になっている。
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１、２に記載された構成は、いずれも光検出器に対して収束光線束を入射させる構成であるから、光検出器の位置ずれに対する受光光量の変化の割合が大きく、光検出器の位置管理に手間がかかるという問題を有している。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型かつ高感度であるのはもちろんのこと、光検出器の位置管理が容易である光電式流動体センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、反射面を互いに対面させて配置される第１および第２の反射鏡と、第１の反射鏡と第２の反射鏡との間の検出空間に導入される流動体に光を照射する光源と、光源から放射され第１および第２の反射鏡で反射された光を受光するとともに受光強度に応じた電気出力を発生する光検出器とを備え、光検出器の光軸を含む一つの平面である第１の平面内において第１および第２の反射鏡のうちの少なくとも一方の反射面は凹面であって、光源から検出空間に対して放射された光が少なくとも第１の平面内において光検出器に平行光線束として入射するように第１および第２の反射鏡と光源と光検出器との寸法および位置が規定されていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第１および第２の反射鏡の反射面を対面させて配置し、光源から光検出器に至る光路長を両反射鏡による多重反射を利用して延長することで、占有空間に対する光路長を比較的長くし、小型かつ高感度な光電式流動体センサを提供することが可能になる。しかも、光源から放射された光が少なくとも第１の平面内において光検出器に平行光線束として入射するから、光検出器に若干の位置ずれが生じても光検出器での受光光量がほとんど変化せず、光検出器の位置管理が容易になる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記第１の平面に直交するとともに前記光源の光軸を含む第２の平面内において、前記第１の反射鏡および前記第２の反射鏡の反射面は凹面であることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、第１の平面に直交するとともに光源の光軸を含む第２の平面内において、第１の反射鏡および第２の反射鏡の反射面が凹面であるから、光源から放射された光が第２の平面内において発散せず、光源から放射された光の利用効率が高くなる。
【００１１】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記光源から放射される光の開き角度を規制する角度規制部材を付加したことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、角度規制部材を適切に設計することによって、光源から反射鏡以外の不要方向への光の放射を防止することができ、光の利用効率が高くなる上に、光源から放射された光が光検出器に入射するまでの第１および第２の反射鏡による反射回数をほぼ一定にすることができ、光路長の異なる光が光検出器に入射する可能性を低減し、光検出器の出力のばらつきを抑制することができる。
【００１３】
請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３の発明において、前記検出空間を囲むとともに検出空間に流動体を導入する導入口を有するセンサハウジングと、導入口の開口面積を可変にする導入率可変部材をセンサハウジングに設けたことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、センサハウジングを設けることにより流動体を導入する検出空間を制限しているから、風等の外乱成分を抑制することができる。しかも、導入率可変部材を設けていることにより、応答速度の調節が可能になる。
【００１５】
請求項５の発明では、請求項４の発明において、前記導入口の開口面積を変化させるように前記導入率可変部材を駆動する駆動装置と、前記センサハウジングに導入される流動体のうち検出対象となる流動体の濃度が規定した閾値を越えると前記導入口の開口面積を拡げるように駆動装置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、センサハウジングに検出対象となる流動体が導入されると、導入率可変部材を駆動して導入口の開口面積を拡げるから、センサハウジングに流動体が導入されると、より多くの流動体をセンサハウジングに取り込んで応答速度を高めることができる。
【００１７】
請求項６の発明では、請求項４または請求項５の発明において、前記センサハウジングの内側面のうち反射鏡の反射面を除く部位は、前記光源からの光に対して光反射性を持たないことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、センサハウジングの内面での不要反射を抑制することができ、不要反射による誤差の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、第１および第２の反射鏡の反射面を対面させて配置し、光源から光検出器に至る光路長を両反射鏡による多重反射を利用して延長しているから、占有空間に対する光路長が比較的長くなり、小型かつ高感度な光電式流動体センサを提供することが可能になるという利点がある。しかも、光源から放射された光が光検出器に平行光線束として入射するから、光検出器に若干の位置ずれが生じても光検出器での受光光量がほとんど変化せず、光検出器の位置管理が容易になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に説明する実施形態では、流動体としてガスを例示するが、本発明の技術思想はガス（水蒸気を含む）以外に、埃、煙、花粉、液体などの流動体にも適用可能である。また、以下の実施形態では流動体による光の吸収を検出しているが、埃や煙では光の散乱による光量変化も検出される。
【００２１】
（実施形態１）
本実施形態では、図２および図３に示すように、ガスが導入されるチャンバ１１が内部に形成されるセンサハウジング１０を有し、チャンバ１１に導入されたガスに光を照射する光源２１と、チャンバ１１の内部の光を受光し受光強度に応じた電気出力を発生する光検出器２２とをセンサハウジング１０に備える。
【００２２】
センサハウジング１０は、図３に示すように、矩形枠状のフレーム体１０ａと、フレーム体１０ａの厚み方向の両面にそれぞれ結合される２枚の蓋体１０ｂ，１０ｃとにより構成される。フレーム体１０ａの外形は直方体状であって、内側には厚み方向に貫通するチャンバ孔１１ａが形成される。チャンバ孔１１ａは、フレーム体１０ａの厚み方向の両面に結合される蓋体１０ｂ，１０ｃにより塞がれ、フレーム体１０ａと蓋体１０ｂ，１０ｃとに囲まれたチャンバ１１を形成する。少なくとも一方の蓋体１０ｂ，１０ｃには、チャンバ１１に検査対象のガスを導入する２個の導入口１７ａ，１７ｂが形成される（図示例では蓋体１０ｂに導入口１７ａ，１７ｂを形成してある）。導入口１７ａ，１７ｂの個数は図示例では２個であるが、必要に応じて適数個の導入口１７ａ，１７ｂを設けることができる。フレーム体１０ａと蓋体１０ｂ，１０ｃとを形成する材料は、チャンバ１１に導入されるガスに腐食されなければ、どのような材料を用いてもよく、合成樹脂、金属、ガラスなどを用いることができる。ただし、チャンバ１１の内部に外光が入らないようにセンサハウジング１０を不透明の材料で形成するか、あるいはセンサハウジング１０を外光が遮断される環境に配置する必要がある。また、フレーム体１０ａと蓋体１０ｂ，１０ｃとは、接着、溶着、ねじ固定、熱かしめなど適宜の方法で隙間ができないように結合される。
【００２３】
フレーム体１０ａに設けたチャンバ孔１１ａは、図２（ａ）に示すように、長方形状に開口し、チャンバ孔１１ａの内側面となる４面のうち対向する２面（図２（ａ）における左右の２面）には長手方向（図２（ａ）の上下方向）の中間部において断面コ字状に切り欠いた取付凹所１２ａ，１２ｂが形成される。取付凹所１２ａ，１２ｂは上述した２面の長手方向（図２（ａ）の上下方向）においてずれて位置し、各取付凹所１２ａ，１２ｂにはそれぞれ凹面の反射面（鏡面）を有した反射鏡１３ａ，１３ｂが、反射面をチャンバ孔１１ａに臨ませるように収納される。各反射鏡１３ａ，１３ｂはそれぞれ取付凹所１２ａ，１２ｂに対して位置固定される。反射鏡１３ａ，１３ｂの位置固定には、接着、溶着のように固着する構成のほか、センサハウジング１０にねじ固定される押さえ部材（図示せず）を用い、取付凹所１２ａ，１２ｂの底面と押さえ部材との間で反射鏡１３ａ，１３ｂを挟持する構成を採用してもよい。
【００２４】
本実施形態においては、両反射鏡１３ａ，１３ｂの反射面として同形状のものを用い、両反射鏡１３ａ，１３ｂの光軸がチャンバ孔１１ａの開口面に平行である一つの面（第１の平面）内において平行かつ離間するように、両反射鏡１３ａ，１３ｂを配置している。ただし、一方の反射鏡１３ａ（第１の反射鏡）には、光源２１からの光をチャンバ１１の中に照射する投光孔１４ａと、チャンバ１１の中の光を光検出器２２に受光させる受光孔１４ｂとが厚み方向に貫設される。第１の平面内では投光孔１４ａと受光孔１４ｂとは反射鏡１３ａの光軸Ａｘに対して互いに反対側に位置する。
【００２５】
投光孔１４ａは、反射面側を小径として直径が大小２段階に形成されており、大径となる部位には光源保持筒１５の一端部が挿入される。光源保持筒１５の他端部には光源２１が挿入される。光源２１の光軸は光源保持筒１５の口軸方向の中心線に一致し、かつ投光孔１４ａの開口面の中心を通り開口面に直交する中心線に一致する。一方、受光孔１４ｂは口軸方向において直径が一定であって、反射鏡１３ａにおける反射面とは反対側から光検出器保持筒１６の一端部が挿入される。光検出器保持筒１６の他端部には光検出器２２が挿入される。光検出器２２の光軸は光検出器保持筒１６の口軸方向の中心線に一致し、かつ受光孔１４ｂの開口面の中心を通り開口面に直交する中心線に一致する。さらに、光源２１および光検出器２２の光軸は、それぞれ前方に向かって反射鏡１３ａの光軸Ａｘとの距離を小さくするように傾斜する（図２（ａ）では傾斜角度をθ１，θ２で表している）。
【００２６】
第１の平面に直交するとともに光源２１の光軸を含む第２の平面（図２（ｂ）に示す平面）においては、両反射鏡１３ａ，１３ｂの反射面はともに凹面であって、光源２１から放射された光が拡散するのを防止している。上述した光源保持筒１５および受光孔１４ａは、光源２１から放射された光のチャンバ１１内での開き角度を規制する角度規制部材としての機能を有する。つまり、光源２１から放射された光のチャンバ１１内での開き角度は、光源保持筒１５の口軸方向の長さと、投光孔１４ａの小径部分の長さおよび開口径とによって決定される。この開き角度は、投光孔１４ａを通してチャンバ１１に放射される光源２１からの光が、蓋板１１ｂ，１１ｃの内側面に反射されることなく反射鏡１３ｂに到達するように設定される（図２（ｂ）の矢印は光線束の拡がりを示す）。また、チャンバ１１の内側面のうち反射鏡１３ａ，１３ｂの反射面を除く部位は、光源２１からの光に対して光反射性を持たないように形成してある。すなわち、センサハウジング１０の内側面には、塗料を塗布したり非反射性の薄膜を形成することによって、光源２１からの光に対して黒色となるようにしてある。したがって、光源２１からの光が反射鏡１３ａ，１３ｂ以外の場所に到達しても光検出器２２の受光光量に影響がなく、不要反射（すなわち、反射鏡１３ａ，１３ｂによる所定回数の反射を経ずに、光検出器２２に直接入射すること）による誤差の発生を抑制することができる。
【００２７】
上述の構成から明らかなように、チャンバ１１内に光源２１から放射された光は発散光線束であるが、上述したように、第２の平面において、両反射鏡１３ａ，１３ｂの反射面はともに凹面であるから、凹面の曲率が適切に設計されていれば、光源２１からの光は反射鏡１３ｂで反射された後に発散することなく反射鏡１３ａに戻される。また、反射鏡１３ａも凹面であるから、反射鏡１３ａでは反射鏡１３ｂで反射された光を発散させることなく反射鏡１３ｂに向かって反射させる。
【００２８】
ところで、本実施形態では、光源２１としてタングステン電球を用い、光検出器２２として受光強度に応じた電気出力を発生する受光素子であるサーモパイルの受光面の前方に光学フィルタを配置したものを用いている。光学フィルタは、検出対象であるガスの種類に応じた波長選択性を有するものを用いる。たとえば、本実施形態の構成を二酸化炭素の濃度の測定に用いる場合には波長が４．３μｍ程度の赤外線の吸収量を監視すればよく、メタンガスの濃度の測定に用いる場合には波長が３．３μｍ程度の赤外線の吸収量を監視すればよいから、光検出器２２に用いる光学フィルタとしては、各検出対象にそれぞれ対応する波長付近の赤外線を透過させるものを用いる。
【００２９】
上述した構成によって、光源２１から放射された光は、反射鏡１３ｂにより反射されることにより反射鏡１３ａに戻され、反射鏡１３ａで反射された光は再び反射鏡１３ｂで反射されて反射鏡１３ａに戻される。このように、光源２１からチャンバ１１に放射された光は反射鏡１３ａ，１３ｂの間で複数回の反射を繰り返した後に光検出器１２に入射するのであって、光源２１と光検出器２２との間の光路長は、反射鏡１３ａ，１３ｂによる多重反射により反射鏡１３ａ，１３ｂの間の距離よりも大幅に長くなる。つまり、光源２１から光検出器２２に至る経路において、チャンバ１１内のガスに光が接触する機会が増加し、チャンバ１１内のガスに関する情報（濃度あるいは種類）を感度よく検出することが可能になる。
【００３０】
ここにおいて、本実施形態では、第１の平面内においては、光源２１から放射された光は発散光線束であるが、光検出器２２に入射する光が平行光線束になるように、光源２１、光検出器２２、反射鏡１３ａ，１３ｂの位置および寸法が設定されている。つまり、図１に示すように、第１の平面内では光源２１から放射された光が反射鏡１３ａ，１３ｂによって複数回反射され、光検出器２２に入射する直前において反射鏡１３ｂで反射された後には平行光線束になる。
【００３１】
上述した光電式ガスセンサは、導入口を通して検査対象となるガスをチャンバ１１に導入し、チャンバ１１内のガスに光源２１から光を照射し、ガスでの光の吸収に伴う光量の減少を光検出器２２で検出することによって、ガスの種類を特定したり濃度を測定したりすることが可能になる。すなわち、ガスの種類によって吸収される波長や吸収率が異なるから、光源２１と光検出器２２との間で授受される光の波長を変化させれば、ガスの種類の特定に用いることが可能であり、ガスの種類が既知である場合にはそのガスに応じた波長の光を用い、ガスの有無に応じた光の減衰率を監視することで、ガスの濃度を知ることが可能になる。
【００３２】
ここに、上述した光電式ガスセンサをメタンガスの濃度の測定に用いる場合を例として設計条件の目安を示す。検査対象がメタンガスである場合には、波長が３．３μｍ程度の赤外線の吸収量を監視すればよく、光検出器２２に用いる光学フィルタとしては、波長が３．３μｍ付近の赤外線を透過させるものを用いる。また、光源２１と光検出器２２との間の光路長が約２００ｍｍになるように、反射鏡１３ａ，１３ｂを収納している取付凹所１２ａ，１２ｂの底面間の距離Ｌ１を３７ｍｍ、各反射鏡１３ａ，１３ｂの最小の厚み寸法を３．５ｍｍ、光源２１から光検出器２２に到達するまでの反射鏡１３ａ，１３ｂによる反射回数を５回に設定した。この条件で、光検出器２２に平行光線束が入射するように、各反射鏡１３ａ，１３ｂの反射面の半径Ｒ１，Ｒ２を４１．５２ｍｍとし、光源２１および光検出器２２の光軸が反射鏡１３ａの光軸Ａｘに対して傾斜する角度θ１，θ２をそれぞれ１０°、２５°とし、第１の平面内での反射鏡１３ａ，１３ｂの光軸の距離ｄ１を２ｍｍとした。また、光源２１から投光孔１４ａを通してチャンバ１１に放射される光線束の開き角度を１０°（つまり、投光孔１４ａの開口面の中心を通り投光孔１４ａの開口面に直交する直線に対して、もっとも外側の光線がなす角度を５°）とした。他の位置および寸法の条件についても、光検出器２２で受光する光が平行光線束になるように設定した。
【００３３】
上述したように、光検出器２２に入射する光が平行光線束になるように諸条件を設定したことによって、光検出器２２が光軸方向においてずれて位置していても受光光量にほとんど変化が生じないから、光検出器２２の位置誤差に対する許容度が高くなり、組立作業が容易になる。
【００３４】
（実施形態２）
実施形態１では、導入口の開口面積を一定と想定しているが、本実施形態は導入口の開口面積を可変にするための導入率可変部材をセンサハウジング１０に設けた例を示す。導入率可変部材は、図４に示すように、導入口１７ａ，１７ｂを設けた一方の蓋板１０ｂに取り付けられる。図示例では、蓋板１０ｂには、厚み方向に貫通する２個の導入口１７ａ，１７ｂが形成されており、一方の導入口１７ａはセンサハウジング１０の内外をつねに連通させているが、他方の導入口１７ｂは導入率可変部材である開閉板１８により開閉されるようにしてある。開閉板１８は、導入口１７ｂに一致する大きさの透孔１８ａを有しており、導入口１７ｂに透孔１８ａが重複する位置と、導入口１７ｂと透孔１８ａが重複せず導入口１７ｂが開閉板１８で閉塞される位置との間で移動可能になっている。つまり、開閉板１８の移動に伴って導入口１７ｂが開閉され、導入口１７ｂが閉じているときには導入口１７ａのみを通してチャンバ１１にガスが導入され、導入口１７ｂが開いているときには２個の導入口１７ａ，１７ｂを通してチャンバ１１にガスが導入される。つまり、導入口１７ａ，１７ｂの開口面積が変化するのであって、開口面積が大きくなればチャンバ１１へのガスの導入が短時間で行われ、応答速度を高めることができる。
【００３５】
図４（ａ）の構成例では開閉板１８が回転往復移動し、図４（ｂ）の構成例では開閉板１８が直進往復移動する。なお、開閉板１８の移動方向を図４に矢印で示している。開閉板１８を駆動する駆動装置として、図４（ａ）に示す例では回転式マイクロアクチュエータ２３ａを用い、図４（ｂ）に示す例では直動式マイクロアクチュエータ２３ｂを用いている。回転式マイクロアクチュエータ２３ａと直動式マイクロアクチュエータ２３ｂとはともに導入口１７ｂの開閉に用いるものであって、作用上の差異はないので、以下では単にアクチュエータ２３として説明する。
【００３６】
上述した光電式ガスセンサを用いてメタンガスの濃度を測定するために、本実施形態では、図５に示すように、光源２１を点滅させるように駆動するタイミング制御回路２４を設けている。タイミング制御回路２４は、光源２１を一定周期で点滅させるタイミング信号を発生する。本実施形態では、光検出器２２の電気出力からガスの濃度を求めるに際してデジタル処理を行うために、光検出器２２の電気出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２５を設けてある。Ａ／Ｄ変換器２５の出力は分析部２０に入力され、光源２１の発光と同期する成分が抽出される。すなわち、光検出器２２からの電気出力の大きさは、受光光量に対応しているから、外光を含まない場合には、図６に示すように、光源２１の点滅に対応して一定周波数で変動する。実際には、光検出器２２には、導入口１７ａ，１７ｂなどから入射した外光や温度変化等の外乱が含まれる可能性があるから、分析部２０において光源２１の点滅に一致する周波数成分の信号を抽出することで、光源２１から出射した周波数成分とは異なる周波数成分である外乱の影響を除去する。分析部２０において光源２１の点滅周期に同期する信号を抽出するために、タイミング制御回路２４から出力されるタイミング信号が分析部２０に入力され、分析部２０では、高速フーリエ変換あるいはロックインアンプの技術を用いることにより、光源２１の点滅に一致する成分のみを抽出する。
【００３７】
分析部２０において外乱を含む信号は、図６のように光源２１の点滅に応じてレベルが変化し、ガスの濃度が低いときにはガスによる光の吸収が少ないから図６の左半分のように、光源２１の消灯時と点灯時との受光光量の差ΔＩ１が大きくなる。一方、ガスの濃度が高くなるとガスによる光の吸収が多くなり、図６の右半分のように、光源２１の消灯時と点灯時との受光光量の差ΔＩ２（＜ΔＩ１）が小さくなる。つまり、チャンバ１１の中のガスの濃度は、光検出器２２の電気出力から分析部２０において抽出した信号の振幅ΔＩ１，ΔＩ２によって知ることができる。なお、図６では受光光量が少ないほど図の上方に示されるように表記してあり、ガスの濃度が低い左半分において受光光量が多い期間のほうが、右半分において受光光量が少ない場合よりも下方に示されている。
【００３８】
分析部２０では、信号の振幅をガスの濃度に相当する濃度信号に変換し、濃度信号の短時間（たとえば、Ａ／Ｄ変換器２５のサンプリング周期程度）の変動成分を除去して平均化し、濃度値として表示部２６で表示する。表示部２６としては、液晶表示器などを用いてガスの濃度を数値で示すもののほか、ガスの濃度を複数段階に分け、発光ダイオードなどを用いて段階ごとの表示を行うものを用いることができる。なお、分析部２０において、受光光量の振幅から濃度信号への変換には、あらかじめ受光光量の振幅と濃度信号の信号値との対応付けを行って作成したデータテーブルを用いればよい。
【００３９】
ところで、本実施形態では、分析部２０においてガスの濃度を監視しており、センサハウジング１０に導入された検出対象となるガスの濃度が増加し、図７に示すように、あらかじめ規定されている閾値Ｔｈ１を越えると、センサハウジング１０内のガスの濃度変化を検出しやすくするために、導入口１７ａ，１７ｂの開口面積を大きくする。つまり、分析部２０において、ガスの濃度が閾値Ｔｈ１を超えたことを検出すると、アクチュエータ２３を駆動することによって開閉板１８の透孔１８ａと導入口１７ｂとを重複させ、チャンバ１１にガスが導入されやすくなるようにする。つまり、分析部２０はアクチュエータ２３を制御する制御手段としても機能する。このように、導入口１７ａ，１７ｂの開口面積を実質的に大きくしているから、ガスの濃度の変化をチャンバ１１の内部のガスの濃度に反映させやすくなり、結果的に応答速度が高まることになる。要するに、導入口１７ａ，１７ｂの開口面積を拡げていない場合よりも、ガスの濃度変化を鋭敏に検出することが可能になる。
【００４０】
なお、検出対象のガスがチャンバ１１に導入されていない場合でも、チャンバ１１内でのガスの濃度分布などによって濃度信号の信号値にはゆらぎがあるから、分析部２０で検出されたガスの濃度信号の信号値のゆらぎの範囲ΔＤを考慮して閾値Ｔｈ１を設定する。具体的には、チャンバ１１内にガスを導入していない状態での濃度信号の平均値を基準値ＳＴとし、濃度信号の信号値のゆらぎが正規分布で発生するものと仮定して基準値ＳＴに対して３σ（σは正規分布とみなしたときの標準偏差）の範囲ΔＤはガスが存在しないとみなせるように閾値Ｔｈ１を設定する。なお、上述のように分析部２０で得られる濃度信号の信号値にはゆらぎがあるから、濃度信号の信号値を比較的短い時間で平均化し、この平均値を閾値Ｔｈ１と比較し、閾値Ｔｈ１を下回ったときにアクチュエータ２３を駆動する。
【００４１】
図５に示した構成は、アクチュエータ２３を除けば、実施形態１の構成に適用可能であって、実施形態１の構成に適用すればガスの濃度を求めることができる。また、複数波長を用いて受光光量の比率を求めるようにすれば、ガスの種類の特定に用いることも可能である。
【００４２】
なお、光源２１としてはタングステン電球以外にも、通電により白熱して光を放射するものであれば、シリコン、セラミックス、金属のような各種材料の白熱放射体を用いることができる。また、光検出器２２に用いる受光素子としては、サーモパイル以外に、焦電型赤外線センサ、光導電素子、フォトダイオードのように受光光量に応じた電気出力を発生するものであれば用いることができる。
【００４３】
上述の例では試料となるガスをメタンガスとしたが、吸収波長域が２〜５μｍであるガスであれば、上述の構成で光学フィルタの波長選択性を変更することによって対応することができる。したがって、メタンガス以外にも、少なくとも二酸化炭素、アルコール類（主としてエチルアルコール）、プロパン、水蒸気、一酸化炭素を対象とすることができる。
【００４４】
さらに、上述の構成例では２枚の反射鏡１３ａ，１３ｂの反射面を第１の平面内において、いずれも凹面としているが、光検出器２２に入射する光が平行光線束になるのであれば、一方のみを凹面として他方を平面などとすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】同上の動作説明図である。
【図２】実施形態１を示し、（ａ）は蓋板を外した状態の正面図、（ｂ）は水平断面図である。
【図３】同上の分解斜視図である。
【図４】実施形態２を示し、（ａ）（ｂ）はそれぞれ要部斜視図である。
【図５】同上の使用例を示すブロック図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  センサハウジング
１１  チャンバ
１３ａ，１３ｂ  反射鏡
１４ａ  投光孔
１５  光源保持筒
１７ａ，１７ｂ  導入口
１８  開閉体
１８ａ  透孔
２０  分析部
２１  光源
２２  光検出器
２３  アクチュエータ
２３ａ  回転式マイクロアクチュエータ
２３ｂ  直動式マイクロアクチュエータ
【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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