(57)【要約】【課題】ガス吸光度測定装置において検出信号の演算処理の負担を軽減する。【解決手段】測定対象ガスにレーザ光を照射する光源１１３と、前記レーザ光を所定波数範囲で波数掃引するよう光源１１３への注入電流を変化させるレーザ駆動手段１１２と、前記波数掃引の間に測定対象ガスを透過した光を検出するガス透過光検出部１１６と、ガス透過光検出部１１６からの検出信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換部１１８とを備えたガス吸光度測定装置において、エタロンから成る光フィルタ１２１と、前記光源からの光の一部を光フィルタ１２１へ入射させるフィルタ照射手段１１４と、光フィルタ１２１を透過した光を検出するフィルタ透過光検出部１２２と、フィルタ透過光検出部１２２からの検出信号の所定の位相に同期してガス透過光検出部１１６からの検出信号をサンプリングするようＡ／Ｄ変換部１１８を制御する制御手段１３０とを設ける。【選択図】図１
2016090521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長可変半導体レーザ吸収分光法による測定対象ガスの測定を行うガス吸光度測定装置において、
a)前記測定対象ガスにレーザ光を照射する波長可変レーザ光源と、
b)前記レーザ光を所定波数範囲で波数掃引するように、前記波長可変レーザ光源へ供給する注入電流を変化させるレーザ駆動手段と、
c)前記波数掃引の間に前記測定対象ガスを透過した光を検出するガス透過光検出部と、
d)前記ガス透過光検出部からの検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
e)光透過率が所定の波数間隔で繰り返し変化する光フィルタと、
f)前記波長可変レーザ光源から出射する光の一部を前記光フィルタへ入射させるフィルタ照射手段と、
g)前記波数掃引の間に前記光フィルタを透過した光を検出するフィルタ透過光検出部と、
h)前記フィルタ透過光検出部からの検出信号の所定の位相に同期して前記ガス透過光検出部からの検出信号をサンプリングするよう前記Ａ／Ｄ変換部を制御するサンプリングタイミング制御手段と、
を有することを特徴とするガス吸光度測定装置。
【請求項２】
前記サンプリングタイミング制御手段が、
前記フィルタ透過光検出部からの検出信号における所定の位相の出現タイミングを示す信号を生成し、該信号をトリガ信号又はクロック信号として、前記ガス透過光検出部からの検出信号をサンプリングするよう前記Ａ／Ｄ変換部を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載のガス吸光度測定装置。
【請求項３】
波長可変半導体レーザ吸収分光法による測定対象ガスの測定を行うガス吸光度測定装置において、
a)前記測定対象ガスにレーザ光を照射する波長可変レーザ光源と、
b)前記レーザ光を所定波数範囲で波数掃引するように、前記波長可変レーザ光源へ供給する注入電流を変化させるレーザ駆動手段と、
c)光透過率が所定の波数間隔で繰り返し変化する光フィルタと、
d)前記波長可変レーザ光源から出射する光の少なくとも一部を前記光フィルタへ入射させるフィルタ照射手段と、
e)前記波数掃引の間に前記光フィルタを透過した光を検出するフィルタ透過光検出部と、
f)前記フィルタ透過光検出部からの検出信号に基づき、前記注入電流と前記レーザ光の波数の関係を示す波数情報を生成する波数情報生成手段と、
g)前記波数情報に基づき、前記所定波数範囲での波数掃引の実行中に前記レーザ光の波数が時間に対して一定の割合で変化するように前記注入電流を補正する注入電流補正手段と、
を有することを特徴とするガス吸光度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光に対する吸収を利用して測定対象ガスの吸光度を測定するガス吸光度測定装置に関し、さらに詳しくは、波長可変半導体レーザ吸収分光測定法を用いたガス吸光度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象ガス中の特定ガスの濃度等を測定する方法として、波長可変半導体レーザ吸収分光（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy、以下「ＴＤＬＡＳ」と略す）測定法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この方法は、測定対象ガスが導入されたサンプルセルに所定の波数範囲内で波数を変化させつつレーザ光を照射し、透過したレーザ光を解析して、測定対象ガス中の特定ガスによる吸収の程度から該特定ガスの濃度等を算出するものである。この装置は、光源や受光部が測定対象ガスに接触しないため、場を乱すことなく測定が可能であること（非接触測定）、応答時間が極めて短いこと（高時間分解能）、といった利点を有している。
ここで、波数は波長の逆数で定義され、両者は一義的に対応するものであり、本文中の表現として波数あるいは波長を用いることがある。
【０００３】
図５に、ＴＤＬＡＳ測定法を用いた従来のガス吸光度測定装置の一例を示す。このガス吸光度測定装置は、測定対象ガスが流通するサンプルセル３１５と、該サンプルセル３１５を挟んで対向配置された波長可変レーザ３１３及びサンプル透過光検出部３１６とを備えている。
【０００４】
図５のガス吸光度測定装置では、まず波長可変レーザ３１３が、特定ガスの吸収スペクトルの中心波数を含む所定の波数範囲で波数を変化させつつレーザ光を発振し、サンプルセル３１５に照射する。波長可変レーザ３１３より照射されたレーザ光は、サンプルセル３１５を通過し、その際、測定対象ガス中の特定ガスによる吸収を受ける。サンプルセル３１５から出射したレーザ光（透過光）は、フォトダイオード等から成るサンプル透過光検出部３１６に入射し、その強度が測定される。
【０００５】
このサンプル透過光検出部３１６で測定された透過光の強度は、アンプ３１７及び第１Ａ／Ｄ変換部３１８を経てデータ処理部３１９に入力され、所定の演算処理により測定対象ガスの吸収スペクトルが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平9-33430号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようなＴＤＬＡＳ測定法を用いたガス吸光度測定装置では、一般に、波長可変レーザ３１３として半導体レーザダイオード（以下「ＬＤ」と略す）が用いられる。ＬＤの発振波数は注入される電流（注入電流）の大きさに依存するから、レーザ光の波数掃引は該注入電流を掃引することにより実施される。具体的には、例えば図５に示すように、信号発生器３１１が鋸歯状パターンを有する信号を発生し、これをレーザ駆動部３１２に送出する。レーザ駆動部３１２は、該信号に従って鋸歯状に変化する注入電流をＬＤから成る波長可変レーザ３１３に注入する。これにより、波長可変レーザ３１３の発振波数が所定の波数範囲で繰り返し掃引されることとなる。
【０００８】
しかしながら、ＬＤにおける注入電流と発振波数の関係は非線形であるため、前記波数掃引において注入電流を時間経過と共に一定の割合で変化させても、発振波数は一定の割合で変化しない。従って、サンプル透過光検出部３１６からの出力信号を第１Ａ／Ｄ変換部３１８によって等時間間隔でサンプリングしても、隣接するサンプリング点同士における透過光の波数間隔は一定とならない。
【０００９】
そこで、図５に示した従来のガス吸光度測定装置では、エタロンの自由スペクトル領域（Free Spectral Range, ＦＳＲ）を物差しとして各サンプリング点における波数を求める機構が設けられている。具体的には、波長可変レーザ３１３からの出射光をカプラ３１４によって２方向に分割し、一方を上記の通りサンプルセル３１５に入射させ、他方をエタロン３２１に入射させる。エタロン３２１は２つの反射面を所定の間隔で平行配置した光学素子であり、光の透過率が一定波数間隔で増減変化するという特性を有している。なお、波数は波長の逆数であり、このときの透過率ピーク同士の波数間隔に光速を乗じた値が前記ＦＳＲである。
【００１０】
エタロン３２１への入射光の波数が図６（ａ）に示すように直線的に（すなわち時間的に一定の割合で）変化する場合、エタロン３２１を通過した光の強度（以下「エタロン出力」とよぶ）は例えば図６（ｂ）のように変化する。このとき、エタロン出力波形上に現れるピークの時間間隔（図中の矢印の長さ）は常に一定となる。一方、エタロン３２１への入射光の波数が図７（ａ）に示すように非線形に変化する場合、エタロン出力波形は例えば、図７（ｂ）のようになり、エタロン出力波形上に現れるピークの時間間隔（図中の矢印の長さ）は一定とならない。但し、このとき図６（ｂ）及び図７（ｂ）のエタロン出力波形上の隣接するピーク同士における波数差（すなわちＦＳＲと同義）は両ピークの時間間隔によらず一定である。従って、前記波数掃引の間におけるエタロン出力をモニタリングすることにより、前記各ピークの出現時刻における透過光の波数（すなわち波長可変レーザ３１３の発振波数）を知ることができ、これに基づいて前記各サンプリング点における透過光の波数を算出することができる。
【００１１】
例えば、図５に示した従来のガス吸光度測定装置では、エタロン３２１を通過した光をフォトダイオードから成るエタロン透過光検出部３２２で検出し、その検出信号をアンプ３２３及び第２Ａ／Ｄ変換部３２４を介してデータ処理部３１９に入力する。データ処理部３１９では、該検出信号（すなわちエタロン出力）に基づいて、前記波数掃引の各時点における透過光の波数情報を生成し、該波数情報とサンプル透過光検出部３１６の検出信号とに基づいて測定対象ガスの吸収スペクトルを生成する。以上により得られた吸収スペクトルは、所定のデータベース（例えばＨＩＴＲＡＮデータベース等）に収録された吸収線データと比較され、該比較結果に基づいて測定対象ガス中の特定ガスの濃度や分圧、及び測定対象ガスの温度等が求められる。
【００１２】
しかしながら、上記のようにサンプルセル３１５からの透過光の検出信号とエタロン３２１からの透過光の検出信号とを用いて吸収スペクトルを作成する方法では、第１Ａ／Ｄ変換部３１８から出力される各サンプリング点のデータが、それぞれどの波数に相当するかを、前記エタロン出力を利用してその都度計算する処理が必要となる。そのため、データ処理部３１９における処理手順が複雑となり、演算処理の負担が大きいという問題がある。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＴＤＬＡＳ測定法を用いたガス吸光度測定装置において検出信号から吸収スペクトルを生成する際の処理手順を簡素化して演算処理の負担を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために成された第１発明に係るガス吸光度測定装置は、
波長可変半導体レーザ吸収分光法による測定対象ガスの測定を行うガス吸光度測定装置において、
a)前記測定対象ガスにレーザ光を照射する波長可変レーザ光源と、
b)前記レーザ光を所定波数範囲で波数掃引するように、前記波長可変レーザ光源へ供給する注入電流を変化させるレーザ駆動手段と、
c)前記波数掃引の間に前記測定対象ガスを透過した光を検出するガス透過光検出部と、
d)前記ガス透過光検出部からの検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
e)光透過率が所定の波数間隔で繰り返し変化する光フィルタと、
f)前記波長可変レーザ光源から出射する光の一部を前記光フィルタへ入射させるフィルタ照射手段と、
g)前記波数掃引の間に前記光フィルタを透過した光を検出するフィルタ透過光検出部と、
h)前記フィルタ透過光検出部からの検出信号の所定の位相に同期して前記ガス透過光検出部からの検出信号をサンプリングするよう前記Ａ／Ｄ変換部を制御するサンプリングタイミング制御手段と、
を有することを特徴としている。
【００１５】
ここで、前記光フィルタとしては、例えばエタロンやその他のファブリ・ペロー型干渉計を好適に用いることができる。なお、上記「所定の位相」は典型的にはピークトップとすることができるが、これに限定されるものではない。
【００１６】
なお、前記第１発明に係るガス吸光度測定装置は、
前記サンプリングタイミング制御手段が、前記フィルタ透過光検出部からの検出信号における所定の位相の出現タイミングを示す信号を生成し、該信号をトリガ信号又はクロック信号として、前記ガス透過光検出部からの検出信号をサンプリングするよう前記Ａ／Ｄ変換部を制御するものとすることが望ましい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために成された第２発明に係るガス吸光度測定装置は、
波長可変半導体レーザ吸収分光法による測定対象ガスの測定を行うガス吸光度測定装置において、
a)前記測定対象ガスにレーザ光を照射する波長可変レーザ光源と、
b)前記レーザ光を所定波数範囲で波数掃引するように、前記波長可変レーザ光源へ供給する注入電流を変化させるレーザ駆動手段と、
c)光透過率が所定の波数間隔で繰り返し変化する光フィルタと、
d)前記波長可変レーザ光源から出射する光の少なくとも一部を前記光フィルタへ入射させるフィルタ照射手段と、
e)前記波数掃引の間に前記光フィルタを透過した光を検出するフィルタ透過光検出部と、
f)前記フィルタ透過光検出部からの検出信号に基づき、前記注入電流と前記レーザ光の波数の関係を示す波数情報を生成する波数情報生成手段と、
g)前記波数情報に基づき、前記所定波数範囲での波数掃引の実行中に前記レーザ光の波数が時間に対して一定の割合で変化するように前記注入電流を補正する注入電流補正手段と、
を有することを特徴としている。
【００１８】
なお、上述の通り、波数は波長の逆数で定義され、両者は一義的に対応する。従って、前記第２発明における「波数情報生成手段」において、「波数」に代えて「波長」を用いる構成とした場合（すなわち前記波数情報として、注入電流とレーザ光の波数の関係を示す情報を生成する代わりに、注入電流とレーザ光の波長の関係を示す情報を生成するようにした場合）でも本発明に含まれることは当然である。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１発明に係るガス吸光度測定装置によれば、ガス透過光検出部からの検出信号をＡ／Ｄ変換部において一定の波数間隔でサンプリングすることが可能となる。また、上記第２発明に係るガス吸光度測定装置によれば、前記波数掃引の際に、波長可変レーザ光源からの出射光を時間に対して一定の割合で変化させることが可能となる。
従って、第１発明及び第２発明に係るガス吸光度測定装置によれば、波数掃引中の各時点に得られたガス透過光検出部からの検出信号がそれぞれいずれの波数に対応するかを、従来のように光フィルタ（エタロン）を透過した光の検出信号を利用してその都度計算する必要がない。その結果、検出信号から吸収スペクトルを生成する際の処理手順を簡略化することができ、演算処理の負担低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態１に係るガス吸光度測定装置の概略構成図。
【図２】同実施形態における、（ａ）注入電流の時間変化を示す図、（ｂ）レーザ発振波数の時間変化を示す図、（ｃ）エタロン出力の時間変化を示す図、及び（ｄ）二値化信号の波形図。
【図３】本発明の実施形態２に係るガス吸光度測定装置の概略構成図。
【図４】同実施形態における、（ａ）注入電流とレーザ発振波数の関係を示す図、（ｂ）補正信号パターンを示す図、（ｃ）補正後のレーザ発振波数の時間変化を示す図、及び（ｄ）補正後のエタロン出力の波形図。
【図５】従来のガス吸光度測定装置の概略構成図。
【図６】エタロンへの照射光の波数を線形に変化させる場合の、（ａ）前記波数の時間変化を示す図、（ｂ）エタロン出力の波形図。
【図７】エタロンへの入力光の波数を非線形に変化させる場合の、（ａ）前記波数の時間変化を示す図、（ｂ）エタロン出力の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
[実施形態１]
図１に本発明の一実施形態に係るガス吸光度測定装置の概略構成を示す。なお、既に説明した図５と対応する構成要素については下二桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２３】
本実施形態に係るガス吸光度測定装置は、図５に示したガス吸光度測定装置と同じく、ＬＤ（半導体レーザダイオード）から成る波長可変レーザ１１３からの出射光をカプラ１１４（本発明における「フィルタ照射手段」に相当）によって分岐させ、その一方をサンプルセル１１５、他方をエタロン１２１から成る光フィルタに入射させるものである。但し、該エタロン１２１を通過し、エタロン透過光検出部１２２（本発明における「フィルタ透過光検出部」に相当）で検出された光の検出信号は、データ処理部１１９ではなく、制御部１３０（本発明における「サンプリングタイミング制御手段」に相当）へ送出される。制御部１３０は、前記検出信号を二値化するための二値化処理部１３１と、二値化処理部１３１で二値化された信号に基づいて第１Ａ／Ｄ変換部１１８にトリガ信号を送出するトリガ信号送出部１３２を備えている。
【００２４】
なお、本実施形態におけるデータ処理部１１９及び制御部１３０の機能は、ＣＰＵやメモリ等から成るコンピュータによって実現される。該コンピュータは、ガス吸光度測定装置の本体に内蔵された専用コンピュータであってもよいが、典型的には、所定のプログラムをインストールされたパーソナルコンピュータ等を使用する。この場合、該パーソナルコンピュータは、直接又はシステムコントローラを介してガス吸光度測定装置の本体に接続され、該パーソナルコンピュータによってデータ処理部１１９及び制御部１３０の機能の一部又は全部が実現される。
【００２５】
本実施形態におけるガス吸光度測定装置においてガスの測定を行う際には、信号発生器１１１が図１中に示すような（斜辺が直線状の）鋸歯状パターンを有する信号を発生し、これをレーザ駆動部１１２に送出する。レーザ駆動部１１２は、該信号に従って鋸歯状に変化する注入電流を波長可変レーザ１１３に注入する。これにより、波長可変レーザ１１３の発振波数が所定の波数範囲で繰り返し掃引されることとなる。
【００２６】
図２（ａ）に前記所定の波数範囲における波数掃引１回分の注入電流の時間変化を示す。これは前記「鋸歯状に変化する注入電流」の鋸歯一つ分の斜辺に相当する。同図に示すとおり、レーザ駆動部１１２から波長可変レーザ１１３に注入される注入電流は時間に対して一定の割合で変化する。しかし、この注入電流に応じて波長可変レーザ１１３から出力されるレーザ光の波数（レーザ発振波数）は図２（ｂ）に示すように非線形となる。従って仮に、サンプル透過光検出部１１６（本発明における「ガス透過光検出部」に相当）の出力を第１Ａ／Ｄ変換部１１８によって等時間間隔でサンプリングしても、各サンプリング点における透過光の波数（波長可変レーザ１１３における発振波数と等しい）は等間隔とはならない。
【００２７】
そこで、本実施形態では、エタロン出力（エタロン１２１を通過した光の強度）を基に等波数間隔の信号を生成し、該信号に基づいて第１Ａ／Ｄ変換部１１８を制御することで、サンプル透過光の検出信号が等波数間隔でサンプリングされるようにする。
【００２８】
図２（ｃ）に前記１回の波数掃引の間にエタロン透過光検出部１２２から出力される信号の強度（すなわちエタロン出力）の時間変化を示す。エタロン１２１は光の透過率が一定波数間隔で繰り返し増減変化するという特性を有している。つまり、エタロン１２１への入射光の波数が一定の値だけ変化する毎にエタロン出力が極大となる。上記の通り、１回の波数掃引における波長可変レーザ１１３の発振波数（すなわちエタロンへの入射光の波数）は図２（ｂ）に示すように非線形に変化するため、上記エタロン出力の波形上におけるピークの時間間隔は一定にならず、例えば図２（ｃ）中の矢印で示すように時間経過に伴って短くなる。但し、このときエタロン出力波形上の隣接するピークトップ間における波長可変レーザ１１３の発振波数の差は一定である。なお、該発振波数の差はエタロン１２１のＦＳＲ（自由スペクトル領域）によって決まる。
【００２９】
エタロン透過光検出部１２２で得られた信号（エタロン出力信号）はアンプ１２３及び第２Ａ／Ｄ変換部１２４を経て制御部１３０の二値化処理部１３１に入力される。二値化処理部１３１では、前記エタロン出力信号上に現れるピークトップを検出し、該ピークトップの出現時刻における信号強度を「１」、それ以外の時刻における信号を「０」とした二値化信号を生成する。これにより、図２（ｄ）に示すような二値化信号が生成される。
【００３０】
なお、上述のエタロン出力信号は、波長可変レーザ１１３からサンプルセル１１５に照射される光の一部をカプラ１１４によって取り出し、それをエタロン１２１に照射することで得られたものである。従って、図２（ｃ）のエタロン出力信号のグラフと図２（ｄ）の二値化信号のグラフの横軸は、図２（ａ）の注入電流のグラフと図２（ｂ）のレーザ発振波数のグラフの横軸と時間的に一致している。
【００３１】
前記二値化信号はトリガ信号送出部１３２に入力され、トリガ信号送出部１３２は、前記二値化信号上で信号強度が「１」になるタイミングで第１Ａ／Ｄ変換部１１８にトリガ信号を出力する。第１Ａ／Ｄ変換部１１８は、サンプル透過光検出部１１６から出力されるアナログ信号をデジタル変換するものであり、トリガ信号送出部１３２からトリガ信号が入力される毎に前記アナログ信号をサンプリングする。これにより、サンプル透過光検出部１１６からの出力信号が等波数間隔でサンプリングされることとなる。
【００３２】
第１Ａ／Ｄ変換部１１８で得られたデジタルデータはデータ処理部１１９に送出される。データ処理部１１９は、前記デジタルデータ、すなわち各サンプリング点における信号強度のデータを、例えば横軸を波数、縦軸を信号強度とするグラフ上にプロットすることにより、測定対象ガスの吸収スペクトルを生成する。このとき、データ処理部１１９に入力されるデータは、等波数間隔でサンプリングされたものであるため、上記従来のガス吸光度測定装置のように、各サンプリング点のデータが、それぞれどの波数に相当するかをその都度計算する処理は不要となる。このため、データ処理部１１９における処理手順が簡素化され、演算処理の負担を軽減することができる。
【００３３】
なお、上記の例では、二値化処理部１３１で生成された二値化信号をトリガ信号とし、該トリガ信号が入力される毎にサンプリングを１回行う構成としたが、本発明はこれに限らず、該二値化信号をクロック信号として第１Ａ／Ｄ変換部１１８のサンプリングタイミングを制御する構成としてもよい。この場合、該クロック信号が第１Ａ／Ｄ変換部１１８に所定の回数入力される毎にサンプリングを１回行う構成としたり、あるいは該クロック信号が１回入力されてから次のクロック信号が入力される間に所定回数のサンプリングを行う構成としたりすることができる。
【００３４】
また、上記の例ではエタロン出力波形上でピークトップが出現する時刻の信号強度を「１」それ以外を「０」とする二値化信号を生成したが、これに限定されるものではない。例えば、エタロン出力信号上におけるピークトップ以外の任意の位相（ピークの谷間や微分出力の０値など）が出現するタイミングを検出し、該タイミングにおける信号強度を「１」それ以外の時刻における信号強度を「０」とした二値化信号を生成するようにしてもよい。
【００３５】
[実施形態２]
本発明の別の実施形態に係るガス吸光度測定装置の概略構成を図３に示す。なお、既に説明した図１及び図５と対応する構成要素については下二桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３６】
上述の実施形態１と同じく、本実施形態においても、エタロン透過光検出部２２２からの検出信号（エタロン出力信号）は、従来のようにデータ処理部１１９に送出されるのではなく制御部２３０に送出される。但し、制御部２３０に入力されたエタロン出力信号は、上述の実施形態１のように第１Ａ／Ｄ変換部２１８の制御に用いられるのでなく、信号発生器２１１で発生する信号パターンを補正するために利用される。
【００３７】
本実施形態における制御部２３０は、前記エタロン出力信号に基づいて波長可変レーザ２１３の発振波数の情報を表す波数情報を生成する波数情報生成部２３３と、前記波数情報に基づいて、信号発生器２１１で生成する信号パターンを補正する信号パターン補正部２３４とを備えている。
【００３８】
本実施形態に係るガス吸光度測定装置では、装置の起動時又はユーザにより所定の指示がなされた時点で前記信号パターンの補正を実行する。具体的には、まず信号発生器２１１が上述の実施形態１と同様の（斜辺が直線状の）鋸歯状の信号パターンを生成する。このときの波数掃引１回分の注入電流の時間変化は図２（ａ）で示したものと同様となり、該注入電流の注入により波長可変レーザ２１３から出力されるレーザ光の波数（レーザ発振波数）も図２（ｂ）で示したものと同様に非線形となる。更に、該レーザ光の照射により得られるエタロン出力信号も、図２（ｃ）と同じくピーク同士の間隔が時間と共に徐々に狭まったものとなる。
【００３９】
このエタロン出力信号が制御部２３０の波数情報生成部２３３に入力され、波数情報生成部２３３は該エタロン出力信号に基づいて注入電流とレーザ発振波数の関係を表す波数情報を生成する。このとき、エタロン出力信号上の隣接するピークトップ間における波数間隔Δν（ＦＳＲに相当）は既知であり、測定対象ガスの吸収スペクトル波数νも既知であるから、これらΔν及びνと前記エタロン出力信号から１回の波数掃引の各時点におけるレーザ発振波数を求めることができる。
【００４０】
例えば、図２（ｃ）のようなエタロン出力信号において、ピークトップが出現してから次のピークトップが出現するまでを１周期とすると、最初のピークトップの出現時刻におけるレーザ発振波数をν１とし、２番目のピークトップの出現時刻におけるレーザ発振波数をν２とし、３〜５番目のピークトップの出現時刻におけるレーザ発振波数をν３、ν４、及びν５とする。更に、図２（ａ）より波数掃引の各時点における注入電流の値も既知であるため、これによりレーザ発振波数がν１〜ν５のときの注入電流の値を求めることができる。測定対象ガスの吸収スペクトル波数νの出現時刻とその時の注入電流値も分かっているので、波数情報生成部２３３は、ガスの吸収スペクトル波数νとこれらレーザ発振波数、注入電流の値の組み合わせから多項式近似により、図４（ａ）に示すような注入電流とレーザ発振波数の関係を示す関係式を導出し、これを前記波数情報として信号パターン補正部２３４に送出する。この関係式のグラフは横軸がレーザ発振波数となっており、波数掃引の開始波数ν０から終了波長νｎまでレーザ発振波数を等波数間隔で変化させる際の注入電流の強度を表したものに相当する。そこで、信号パターン補正部２３４は、該関係式のグラフの横軸を時間に変換し、前記掃引開始波数ν０を掃引開始時刻ｔ０、掃引終了波数νｎを掃引終了時刻ｔｎとすることにより図４（ｂ）に示すような補正信号パターンを生成する。
【００４１】
信号パターン補正部２３４は、前記補正信号パターンを信号発生器２１１に送出する。そして信号発生器２１１は前記補正信号パターンに従い、図３中に示すような、鋸歯の各斜面を上に膨らませたような形状の信号を発生してレーザ駆動部２１２に送出する。レーザ駆動部２１２は、該信号に従って変化する注入電流を波長可変レーザ２１３に注入し、これにより波長可変レーザ２１３の発振波数が所定の波数範囲で繰り返し掃引される。このときの１回の波数掃引における発振波数は図４（ｃ）に示すように時間に対して一定の割合で変化する。そのため、このとき得られるエタロン出力は、図４（ｄ）に示すようにピークトップが一定の時間間隔で出現するものとなる。前記波長可変レーザ２１３から出射されサンプルセル２１５を通過した光はサンプル透過光検出部２１６で検出され、その検出信号はアンプ２１７及び第１Ａ／Ｄ変換部２１８を経てデータ処理部２１９に入力される。このとき第１Ａ／Ｄ変換部２１８では従来と同様に等時間間隔でのサンプリングが行われるが、前記信号パターンの補正後におけるレーザ発振波数は時間的に一定の割合で変化するため、前記等時間間隔でのサンプリングにより、結果的に等波数間隔におけるサンプリングが行われることとなる。
【００４２】
データ処理部２１９は、第１Ａ／Ｄ変換部２１８から出力されたデジタルデータ、すなわち各サンプリング点における信号強度のデータを、例えば横軸を波数、縦軸を信号強度とするグラフ上にプロットすることにより、測定対象ガスの吸収スペクトルを生成する。このとき、データ処理部２１９に入力されるデータは、等波数間隔でサンプリングされたものであるため、上記従来のガス吸光度測定装置のように、各サンプリング点のデータが、それぞれどの波数に相当するかをその都度計算する処理は不要となる。このため、データ処理部２１９における処理手順が簡素化され、演算処理の負担を軽減することができる。
【００４３】
以上、本発明を実施するための形態について複数の実施形態を挙げて説明を行ったが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で適宜変更が許容される。例えば、上記の例ではカプラ１１４、２１４によって光を分岐させる構成としたが、ミラー等の他の光学素子を利用してもよい。また、実施形態２に関しては、こうした分岐手段を用いる代わりに、波長可変レーザ２１３の位置や向きを変化させることにより、レーザ光の照射対象をサンプルセル２１５とエタロン２２１との間で切り替える構成とすることもできる。
また、本発明では等波数間隔での計測手法について説明したが、エタロン出力から得られる波数情報から波長に変換し、等波長間隔で計測することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１１１、２１１、３１１…信号発生器
１１２、２１２、３１２…レーザ駆動部
１１３、２１３、３１３…波長可変レーザ
１１４、２１４、３１４…カプラ
１１５、２１５、３１５…サンプルセル
１１６、２１６、３１６…サンプル透過光検出部
１１７、２１７、３１７…アンプ
１１８、２１８、３１８…第１Ａ／Ｄ変換部
１１９、２１９、３１９…データ処理部
１２１、２２１、３２１…エタロン
１２２、２２２、３２２…エタロン透過光検出部
１３０、２３０…制御部
１３１…二値化処理部
１３２…トリガ信号送出部
２３３…波数情報生成部
２３４…信号パターン補正部
【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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