(57)【要約】【課題】測定光の吸光を用いて、精度よく対象ガスを分析する。【解決手段】ガス分析装置１００は、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎと、導入部５と、受光部７と、分析部９４と、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎのそれぞれは、測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎを同時に出力する。導入部５は、複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎを測定空間Ｓに導入する。受光部７は、合計強度Ｉｍを測定する。分析部９４は、複数の対象ガスのいずれかが存在する測定空間Ｓを通過したときに受光部７にて測定される合計強度Ｉｍである測定対象強度Ｉｄと、複数の対象ガスのいずれもが存在しない測定空間Ｓを通過したときに受光部７にて測定される合計強度Ｉｍである基準強度Ｉｄとの差に基づいて、対象ガスの分析を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定空間に存在するガスを分析するガス分析装置であって、
それぞれが、前記測定空間に存在しうる複数の対象ガスのいずれかが吸光できる固有の波長範囲の測定光を同時に出力する複数の光源と、
前記複数の光源から同時に出力された複数の測定光を前記測定空間に導入する導入部と、
前記導入部から導入され前記測定空間を通過した複数の測定光の強度を合計して得られる合計強度を測定する受光部と、
前記複数の測定光が前記複数の対象ガスのいずれかが存在する測定空間を通過したときに前記受光部にて測定される合計強度である測定対象強度と、前記複数の測定光が前記複数の対象ガスのいずれもが存在しない測定空間を通過したときに前記受光部にて測定される合計強度である基準強度との差に基づいて、前記対象ガスの分析を行う分析部と、
を備えるガス分析装置。
【請求項２】
前記導入部は、前記複数の光源から同時に出力された前記複数の測定光を合波して合波測定光を発生し、前記合波測定光を前記測定空間に導入する合波部を含み、
前記受光部は、前記合波測定光の強度を前記合計強度として測定する、請求項１に記載のガス分析装置。
【請求項３】
前記導入部は、前記合波測定光を分波して複数の光出力口から出力する分波部をさらに含む、請求項２に記載のガス分析装置。
【請求項４】
前記導入部は、前記複数の光出力口から出力される複数の合波測定光のそれぞれを、複数の測定空間のそれぞれに導入する、請求項３に記載のガス分析装置。
【請求項５】
前記複数の対象ガスのいずれが前記測定空間に存在するかを通知するガス種類通知部をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項６】
前記複数の光源のそれぞれは、前記固有の波長範囲の範囲内において、前記測定光の波長を所定の周期にて増加又は減少可能である、請求項１〜５のいずれかに記載のガス分析装置。
【請求項７】
前記複数の測定光を発生するために前記複数の光源のそれぞれに入力される複数の駆動電流のうちのいずれかの周期的な増減パターンを、他の駆動電流の周期的な増減パターンとは異ならせる、請求項６に記載のガス分析装置。
【請求項８】
前記分析部は、前記測定対象強度の時間的変化と、前記基準強度の時間的変化との差に基づいて、前記対象ガスの分析を行う、
請求項６又は７に記載のガス分析装置。
【請求項９】
測定空間に存在する対象ガスを分析するガス分析装置であって、
前記対象ガスが吸光できる固有の波長範囲の測定光を出力する光源と、
前記光源から出力された測定光を前記測定空間に導入する導入部と、
前記導入部から導入され前記測定空間を通過した測定光の強度を測定する受光部と、
前記対象ガスが第１濃度の濃度にて存在する測定空間を前記測定光が通過したときに前記受光部にて測定される強度である基準強度と、前記対象ガスが前記第１濃度よりも低い濃度にて存在する測定空間を前記測定光が通過したときに前記受光部にて測定される強度である測定対象強度との差に基づいて、前記対象ガスが前記第１濃度よりも低い濃度にて存在する測定空間における対象ガスの分析を行う分析部と、
を備えるガス分析装置。
【請求項１０】
前記光源は、前記固有の波長範囲の範囲内において、前記測定光の波長を所定の周期にて増加又は減少可能である、請求項９に記載のガス分析装置。
【請求項１１】
前記分析部は、前記測定対象強度の時間的変化と、前記基準強度の時間的変化との差に基づいて、前記対象ガスの分析を行う、
請求項１０に記載のガス分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定空間中に存在しうる対象ガスの分析を行うガス分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定空間中に存在する対象ガスを、当該測定空間を通過した測定光の吸光量に基づいて分析する装置が知られている。
例えば、特許文献１には、対象ガスに吸収される波長を有するレーザ光と吸収されない波長を有するレーザ光とを合波した測定光をガス雰囲気中に導入し、ガス雰囲気中を通過し受光部にて受光した測定光から、対象ガスに吸収される波長のレーザ光の強度と対象ガスに吸収されない波長のレーザ光の強度とを抽出する装置が開示されている。特許文献１においては、対象ガスに吸収される波長のレーザ光の強度と対象ガスに吸収されない波長のレーザ光の強度との差に基づいて対象ガスを分析している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４２３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、対象ガスの吸光を用いて対象ガスを精度よく分析するためには、対象ガスによる吸光量の基準となる光（基準光）が必要となる。そのため、特許文献１の装置は、対象ガスに吸収させる光（測定光）を発生する光源と、基準光を発生する光源と個別に備えている。
測定光用の光源と基準光用の光源とを個別に設ける従来の装置の場合、１つの装置で多数のガス種類を測定したい場合に、ガス種類毎に２つの光源が必要となる。つまり、従来の装置では、測定したいガス種類の個数の２倍の数の光源が必要となる。また、従来の装置では、基準光の強度と測定光の強度との差に基づいて対象ガスの分析を行うと、精度よく分析できない。なぜなら、個別に設けた光源の間には、測定毎に変動する特性のずれが生じるからである。
【０００５】
本発明の目的は、対象ガスによる吸光を用いて対象ガスを分析する装置において、精度よく対象ガスを分析することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るガス分析装置は、測定空間に存在するガスを分析する。ガス分析装置は、複数の光源と、導入部と、受光部と、分析部と、を備える。
複数の光源のそれぞれは、測定空間に存在しうる複数の対象ガスのいずれかが吸光できる固有の波長範囲の測定光を同時に出力する。導入部は、複数の光源から同時に出力された複数の測定光を測定空間に導入する。受光部は、導入部から導入され測定空間を通過した複数の測定光の強度を合計して得られる合計強度を測定する。
分析部は、複数の測定光が複数の対象ガスのいずれかが存在する測定空間を通過したときに受光部にて測定される合計強度である測定対象強度と、複数の測定光が複数の対象ガスのいずれもが存在しない測定空間を通過したときに受光部にて測定される合計強度である基準強度との差に基づいて、対象ガスの分析を行う。
これにより、ガス分析装置は、基準強度を測定するために対象ガス毎に個別に光源を設けることなく、複数の対象ガスを精度よく分析できる。
【０００７】
導入部は、合波部を含んでいてもよい。合波部は、複数の光源から同時に出力された複数の測定光を合波して合波測定光を発生し、合波測定光を測定空間に導入する。このとき、受光部は、合波測定光の強度を合計強度として測定する。
これにより、複数の光源から同時に出力された複数の測定光を、効率よく測定空間に導入できる。
【０００８】
導入部は、分波部をさらに含んでいてもよい。分波部は、合波測定光を分波して複数の光出力口から出力する。これにより、合波測定光を測定空間以外の空間へ出力できる。
【０００９】
導入部は、複数の光出力口から出力される複数の合波測定光のそれぞれを、複数の測定空間のそれぞれに導入してもよい。これにより、複数の測定空間中の対象ガスを分析するために、測定空間毎に光源を設ける必要がなくなる。
【００１０】
ガス分析装置は、複数の対象ガスのいずれが測定空間に存在するかを通知するガス種類通知部をさらに備えていてもよい。これにより、測定対象強度から測定空間に存在する対象ガスの種類を判定できない場合でも、どの対象ガスが測定空間に存在するかを知ることができる。
【００１１】
複数の光源のそれぞれは、固有の波長範囲の範囲内において、測定光の波長を所定の周期にて増加又は減少可能であってもよい。これにより、時間的に波長が変化する合波測定光を発生できる。
【００１２】
複数の測定光を発生するために複数の光源のそれぞれに入力される複数の駆動電流のうちのいずれかの周期的な増減パターンを、他の駆動電流の周期的な増減パターンとは異ならせてもよい。これにより、対象ガスを分析する際のダイナミックレンジを大きくできる。
【００１３】
分析部は、測定対象強度の時間的変化と、基準強度の時間的変化との差に基づいて、対象ガスの分析を行ってもよい。これにより、対象ガスの吸光による測定対象強度への影響が小さい場合でも、より精度よく対象ガスを分析できる。
【００１４】
本発明の他の見地に係るガス分析装置は、測定空間に存在する対象ガスを分析するガス分析装置である。当該ガス分析装置は、光源と、導入部と、受光部と、分析部と、を備える。
光源は、対象ガスが吸光できる固有の波長範囲の測定光を出力する。導入部は、光源から出力された測定光を測定空間に導入する。受光部は、導入部から導入され測定空間を通過した測定光の強度を測定する。
分析部は、対象ガスが第１濃度の濃度にて存在する測定空間を測定光が通過したときに受光部にて測定される強度である基準強度と、対象ガスが第１濃度よりも低い濃度にて存在する測定空間を測定光が通過したときに受光部にて測定される強度である測定対象強度との差に基づいて、対象ガスが第１濃度よりも低い濃度にて存在する測定空間における対象ガスの分析を行う。
これにより、低濃度の対象ガスが存在する測定空間における対象ガスの分析を正確に実行できる。
【発明の効果】
【００１５】
対象ガスによる吸光を用いて対象ガスを分析する装置において、精度よく対象ガスを分析できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガス分析装置の構成を示す図。
【図２】制御部の構成を示す図。
【図３】第１実施形態における光源に出力する駆動電流の一例を示す図。
【図４】第１実施形態に係るガス分析装置の動作を示すフローチャート。
【図５】各ガスが存在する場合の測定光と合計強度のプロファイルの一例を示す図。
【図６】分析用データの算出方法を模式的に示す図。
【図７】分析用データから「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値を算出する方法の一例を示す図。
【図８】第２実施形態に係るガス分析装置の構成を示す図。
【図９】第２実施形態の変形例としてのガス分析装置の構成を示す図。
【図１０Ａ】第３実施形態における光源に出力する駆動電流の一例を示す図。
【図１０Ｂ】第３実施形態における光源に出力する駆動電流の他の例を示す図。
【図１１】複数の測定光の周期的な変化のパターンを異ならせたときに得られる、分析用データのプロファイルのガス種類依存性の一例を示す図。
【図１２】第４実施形態に係るガス分析装置の全体構成を示す図。
【図１３】第４実施形態に係る制御部の構成を示す図。
【図１４】第４実施形態に係るガス分析装置の動作を示すフローチャート。
【図１５】対象ガス濃度の時間変化の一例を示す図。
【図１６】分析用データの作成方法を模式的に示す図。
【図１７Ａ】第２基準強度から測定対象強度を差し引いて得られる分析用データの一例を示す図。
【図１７Ｂ】第２基準強度から測定対象強度を差し引いて得られる分析用データの他の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（１）第１実施形態
（１−１）ガス分析装置の全体構成
第１実施形態に係るガス分析装置１００の全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、ガス分析装置の構成を示す図である。ガス分析装置１００は、測定空間Ｓ中に存在しうる対象ガスを分析するための装置である。本実施形態において、測定空間Ｓは、固体材料の各種表面処理プロセスが実行されるチャンバーＣＨ（図１）の内部空間である。
ガス分析装置１００は、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎを備える。複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎは、それぞれ、各対象ガスにより吸光される固有の波長範囲を有する測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎを出力する光源である。光源は、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）である。
測定空間Ｓ中の対象ガスの分析を行う際、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎからは同時に複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎが出力される。
【００１８】
なお、ガス分析装置１００に備わる光源の数は、対象ガスの数と同数には限られない。例えば、複数の対象ガスが吸光できる測定光を１つの光源により発生できる場合、光源の数は、対象ガスの数より少なくてもよい。
また、例えば、ガス分析装置１００に備わっている光源１−１、１−２、・・・１−ｎよりも少ない種類の対象ガスの分析を行う場合などには、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎのうちのいくつかを選択して同時に動作させてもよい。
【００１９】
複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎのそれぞれには、温度調節器１１−１、１１−２、・・・１１−ｎが取り付けられている。温度調節器１１−１、１１−２、・・・１１−ｎは、例えば、ペルチェ素子と温度計（例えば、サーミスタ）とにより構成できる。
温度調節器１１−１、１１−２、・・・１１−ｎは、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎのそれぞれの温度が一定となるよう、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎのそれぞれの温度を調節する。これにより、複数の光源１−１、１−２、・・・１−３のそれぞれは、周囲若しくは雰囲気の温度に影響されることなく、入力された電流の大きさにて測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎの波長を制御できる。
【００２０】
ガス分析装置１００は、合波部３を備える。合波部３は、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎから同時に出力された複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎを合波して合波測定光Ｌｍを生成する。合波部３は、例えば、ファイバーカプラである。この場合、合波部３は、複数の光ファイバーから伝達された測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎを、当該複数の光ファイバーが融着された箇所において合波して、合波測定光Ｌｍを生成する。合波部３は、光スイッチなどによっても構成できる。
【００２１】
ガス分析装置１００は、導入部５を備える。導入部５は、合波測定光Ｌｍ（すなわち、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎから同時に出力された複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎ）を測定空間Ｓに導入する。導入部５は、光ファイバー５１を有する。光ファイバー５１の一端は合波部３の合波測定光Ｌｍの出口に接続される。一方、光ファイバー５１の他端は、チャンバーＣＨの側壁の開口部に設けられたコリメータ５３（後述）の近傍に配置される。
導入部５はコリメータ５３を有する。コリメータ５３は、光ファイバー５１を伝搬してきた合波測定光Ｌｍを、平行光として測定空間Ｓに導入する。
【００２２】
ガス分析装置１００は、受光部７を備える。受光部７は、導入部５から導入され測定空間Ｓを通過した複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎの強度を合計して得られる合計強度Ｉｍを測定する。具体的には、受光部７は、測定空間Ｓを通過した合波測定光Ｌｍの強度を合計強度Ｉｍとして測定する。
受光部７は、集光部材７１を有する。集光部材７１は、コリメータ５３が取り付けられた開口部に対向するように設けられた開口部に配置される。集光部材７１は、導入部５から導入され測定空間Ｓを通過した合波測定光Ｌｍを受光素子７３（後述）の受光面に集光するレンズである。
受光部７は、受光素子７３を有する。受光素子７３は、受光面にて受光した合波測定光Ｌｍの強度に基づいた電気信号を発生するフォトダイオードである。その他、受光素子７３は光電子増倍管であってもよい。
【００２３】
なお、測定空間Ｓ中に導入された複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎ（合波測定光Ｌｍ）は、測定空間Ｓ中に設けられた（複数の）反射板（図示せず）、及び／又は、チャンバーＣＨの内壁によって、測定空間Ｓ中において（複数回）反射された後に受光部７にて受光されてもよい。
複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎを測定空間Ｓ中において（複数回）反射することにより、複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎの測定空間Ｓ中の光路長を、例えば、チャンバーＣＨの直径以上と長くできる。
【００２４】
ガス分析装置１００は、制御部９を備える。制御部９は、ＣＰＵと、記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭなどのデータを記憶する装置など）と、各種インターフェース（Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信回路など）と、を備えたコンピュータシステムである。制御部９は、ガス分析装置１００の各構成要素を制御する。制御部９は、測定空間Ｓ中に存在しうる対象ガスを分析するための各種情報処理を行う。
制御部９の構成、及び、制御部９にて行われる情報処理については後ほど詳しく説明する。
【００２５】
制御部９は、例えば、図１に示すように、測定空間Ｓに導入する対象ガス、及び／又は、対象ガスを発生させる物質の導入量を制御する流量制御装置により構成されるプロセス制御部ＣＨ１に接続されていてもよい。
この場合、例えば流量制御装置に入力される信号を受信することにより、制御部９は、いずれの対象ガスが測定空間Ｓに存在するかを知ることができる。
【００２６】
上記の構成を備えることにより、ガス分析装置１００は、チャンバーＣＨ内部の測定空間Ｓを通過して受光部７にて受光された合波測定光Ｌｍの合計強度Ｉｍに基づいて、測定空間Ｓ中の対象ガスを分析できる。
【００２７】
（１−２）制御部の構成
次に、制御部９の構成について図２を用いて説明する。図２は、制御部の構成を示す図である。なお、以下に示す制御部９の各構成の機能の一部は、制御部９を構成するコンピュータシステムにて動作し記憶装置に記憶されたプログラムにより実現されていてもよい。制御部９の各構成の機能の一部は、カスタムＩＣにより実現されていてもよい。
【００２８】
制御部９は、光源制御部９１を有する。光源制御部９１は、図３に示すように、各光源から出力する測定光の波長範囲の中心波長を決定する中心電流ｉｃ１、ｉｃ２、・・・ｉｃｎと、振幅がｉｒｗ１、ｉｒｗ２、・・・ｉｒｗｎであり周波数がｆｒ１、ｆｒ２、・・・ｆｒｎであるランプ波電流ｉｒ１、ｉｒ２、・・・ｉｒｎと、周波数ｆｒ１、ｆｒ２、・・・ｆｒｎよりも高い周波数ｆｍを有する正弦波である変調電流ｉｍｏｄと、を加算した電流を駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２、・・・ｉｄｎとして、それぞれ、光源１−１、１−２、・・・１−ｎに出力する。図３は、第１実施形態における光源に出力する駆動電流の一例を示す図である。
これにより、各光源１−１、１−２、・・・１−ｎから発生される各測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎの波長は、それぞれ、中心電流ｉｃ１、ｉｃ２、・・・ｉｃｎの値とランプ波電流の振幅ｉｒｗ１、ｉｒｗ２、・・・ｉｒｗｎで決定される波長範囲内で周期１／ｆｒ１、１／ｆｒ２、・・・１／ｆｒｎにて周期的に増加する。
【００２９】
制御部９は、記憶部９２を有する、記憶部９２は、コンピュータシステムの記憶装置の記憶領域の一部である。記憶部９２は、各種データ、各種設定値、プログラム、及び基準データ（後述）などを記憶する。
記憶部９２は、検量線を記憶している。検量線は、対象ガスの濃度と分析用データ（後述）（本実施形態においては、分析用データの「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値）との関係を示した、予め取得されたデータである。本実施形態においては、対象ガスは複数であるので、検量線は、対象ガス毎に個別に取得されて記憶部９２に記憶されている。また、記憶部９２は、基準強度（後述）を記憶している。
【００３０】
制御部９は、データ取得部９３を有する。データ取得部９３は、測定空間Ｓを通過した複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎ（合波測定光Ｌｍ）を受光することにより受光素子７３から出力された電圧信号又は電流信号を、例えばＡ／Ｄ変換により、分析部９４（後述）にて識別可能な数値データに変換する。
【００３１】
制御部９は、分析部９４を有する。分析部９４は、データ取得部９３にて取得した合波測定光Ｌｍの強度を示すデータを合計強度Ｉｍとして用いて、測定空間Ｓ中に存在する対象ガスを分析する。
そのため、分析部９４は、データ取得部９３にて得られた数値データから、合計強度Ｉｍを生成する。具体的には、分析部９４は、合波測定光Ｌｍの強度の時間による２回微分値と当該２回微分値を取得した時間とを関連付けたデータを、合計強度Ｉｍとする。
【００３２】
具体的には、分析部９４は、まず、データ取得部９３にて取得した数値データと、上記の変調電流ｉｍｏｄに同期し、かつ、変調電流ｉｍｏｄの周波数ｆｍの２倍の周波数を有する正弦波信号データとを乗算する。その後、乗算して得られたデータから時間的に変化しない直流成分を所定の周期にて取りだす。最後に、取りだした直流成分と当該直流成分を取得した時間とを関連づけて、合計強度Ｉｍとして算出する。このような合計強度Ｉｍの取得方法を、「位相敏感検波」と呼ぶ。
【００３３】
分析部９４が上記の「位相敏感検波」を用いて合計強度Ｉｍを算出することにより、分析部９４は、測定対象強度Ｉｄ及び基準強度Ｉｓの時間的変化を用い、波長変調分光法（ＷＭＳ法）にて、対象ガスの分析を実行できる。その結果、対象ガスの吸光による測定対象強度Ｉｄへの影響が小さい場合でも、対象ガスを精度よく分析できる。
【００３４】
分析部９４は、複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎ（合波測定光Ｌｍ）が複数の対象ガスのいずれかが存在する測定空間Ｓを通過したときに受光部７にて測定される合計強度Ｉｍである測定対象強度Ｉｄと、複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎ（合波測定光Ｌｍ）が複数の対象ガスのいずれもが存在しない測定空間Ｓを通過したときに受光部７にて測定される合計強度Ｉｍである基準強度Ｉｓとの差に基づいて、対象ガスの分析を行う。なお、分析部９４における対象ガスの分析方法は、後ほど詳しく説明する。
分析部９４は、上記の対象ガスの分析結果（例えば、対象ガスの濃度の算出結果）をプロセス制御部ＣＨ１に出力する。これにより、プロセス制御部ＣＨ１は、入力した対象ガスの分析結果に基づいて、チャンバーＣＨ内へ導入する対象ガスの導入量を調整し、測定空間Ｓ内の雰囲気を調整できる。
【００３５】
制御部９は、温度制御部９５を有する。温度制御部９５は、複数の光源１−１、１−２、・・・１−ｎのそれぞれの温度が一定となるよう、温度調節器１１−１、１１−２、・・・１１−ｎのそれぞれへ出力する電流又は電圧を調整する。具体的には、温度制御部９５は、例えば、温度調節器１１−１、１１−２、・・・１１−ｎのサーミスタにて測定される温度が所定の温度となるように、フィードバック制御により、温度調節器１１−１、１１−２、・・・１１−ｎのペルチェ素子のそれぞれへ出力する電流を調整する。
【００３６】
本実施形態では、制御部９にプロセス制御部ＣＨ１が接続されている。従って、制御部９は、ガス種類通知部９６を有している。ガス種類通知部９６は、プロセス制御部ＣＨ１から入力した信号を用いていずれの対象ガスが測定空間Ｓに存在するかを判定し、分析部９４に通知する。
【００３７】
（１−３）ガス分析装置の動作
以下、第１実施形態に係るガス分析装置１００の動作（分析プロセス）について、図４を用いて説明する。図４は、第１実施形態に係るガス分析装置の動作を示すフローチャートである。以下に示す説明では、測定空間Ｓに存在しうる３種類の対象ガス（ガスＡ、ガスＢ、ガスＣ）を分析する場合を例にとって説明する。また、光源の数を３つ（光源１−１、１−２、１−３）とする。
【００３８】
まず、光源制御部９１が、光源１−１、１−２、１−３に駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３を出力して、測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３を発生させる（ステップＳ１）。
その後、分析部９４は、基準強度Ｉｓを取得済みであるか否かを判断する（ステップＳ２）。具体的には、分析部９４は、基準強度Ｉｓが記憶部９２に記憶されているか否かを判断する。
基準強度Ｉｓが記憶部９２に記憶されており、基準強度Ｉｓを取得済みであると判断された場合（ステップＳ２において「Ｙｅｓ」の場合）、分析プロセスはステップＳ４に進み、分析部９４はガス分析を開始する。
【００３９】
一方、基準強度Ｉｓが記憶部９２に記憶されておらず基準強度Ｉｓを取得する必要がある場合（ステップＳ２において「Ｎｏ」の場合）、分析部９４は、基準強度Ｉｓを取得するための処理を実行する（ステップＳ３）。具体的には、分析部９４は、上記の「位相敏感検波」にて、ガス種類通知部９６がガスＡ、Ｂ、Ｃのいずれの導入も通知していないときの（測定空間Ｓにいずれのガスも存在していない）測定空間Ｓを通過した合波測定光Ｌｍの合計強度Ｉｍを、基準強度Ｉｓとして取得する。
その後、分析部９４は、上記のようにして取得した基準強度Ｉｓを記憶部９２に記憶する。
【００４０】
なお、上記の基準強度Ｉｓは、分析プロセスの実行中に取得される場合に限られない。基準強度Ｉｓは、ガス分析を開始する前に取得されていればよいので、例えば、ガス分析装置１００のゼロ校正を実行する際に、基準強度Ｉｓが取得されてもよい。
【００４１】
基準強度Ｉｓの取得後、分析部９４はガス分析を実行する。分析部９４は、まず、対象ガスであるガスＡ〜Ｃのいずれかが存在する測定空間Ｓを通過することにより測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３のいずれかが吸光された合波測定光Ｌｍの合計強度Ｉｍを、測定対象強度Ｉｄとして取得する（ステップＳ４）。その後、分析部９４は、取得された測定対象強度Ｉｄを、記憶部９２に記憶する。
測定対象強度Ｉｄを取得した時に、分析部９４は、ガス種類通知部９６から現在測定空間Ｓに導入されているガス種類についての情報を取得し、取得した測定対象強度Ｉｄにガス種類通知部９６から取得したガス種類についての情報を関連付ける。
【００４２】
例えば、図５に示すように、ガスＡが測定空間Ｓに存在する場合には、測定光Ｌｍ１がガスＡにより吸光されて、測定対象強度ＩｄＡが得られる。ガスＢが測定空間Ｓに存在する場合には、測定光Ｌｍ２がガスＢにより吸光されて、測定対象強度ＩｄＢが得られる。ガスＣが測定空間Ｓに存在する場合には、測定光Ｌｍ３がガスＣにより吸光されて、測定対象強度ＩｄＣが得られる。
図５は、各ガスが存在する場合の測定光と合計強度のプロファイルの一例を示す図である。
【００４３】
図５に示すように、受光部７にて測定された測定対象強度Ｉｄには、対象ガスによる吸光以外の影響による強度成分、例えば、光源１−１、１−２、・・・１−ｎの特性（非線形性）、受光部７の特性（非線形性）などのガス分析装置１００に固有の特性に影響を受けた強度成分が含まれている。これにより、ガス分析装置１００において、測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３の対象ガスの吸光による強度ピークが正確に識別できない状態となっている。
従って、ガス分析を実行する前に、分析部９４は、測定対象強度Ｉｄから、対象ガスによる吸光以外の影響による強度成分を取り除いて、ガス分析に用いる分析用データを作成する。具体的には、分析部９４は、上記のステップＳ４にて取得した測定対象強度Ｉｄと、記憶部９２に記憶された基準強度Ｉｓとの差を、分析用データとして算出する（ステップＳ５）。
【００４４】
図６に示すように、測定対象強度Ｉｄと基準強度Ｉｓとの差分を分析用データとすることにより、測定対象強度Ｉｄから基準強度Ｉｓが取り除かれた分析用データが得られる。図６は、分析用データの算出方法を模式的に示す図である。
【００４５】
分析用データを作成後、分析部９４は、分析用データを用いて、対象ガス（ガスＡ〜Ｃ）の分析を実行する（ステップＳ６）。具体的には、分析部９４は、以下のようにして、測定空間Ｓ中のガスＡ〜Ｃの濃度を算出する。
まず、分析部９４は、分析用データの「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値を算出する。例えば、図７に示すように、分析用データにおいて最大となっている極大値Ｉｐと、最小となっている極小値Ｉｂとの差分Ｉｐ−Ｉｂを、「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値として算出する。図７は、分析用データから「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値を算出する方法の一例を示す図である。
【００４６】
次に、分析部９４は、分析しようとしているガスの検量線を記憶部９２から読み出して、当該検量線において、「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値が差分Ｉｐ−Ｉｂとなるガスの濃度を算出する。具体的には、例えば、検量線がＹ＝ＡＸ＋Ｂ（Ｙ：「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値、Ｘ：ガス濃度、Ａ、Ｂ：一定値）と表されている場合には、当該式のＹにＩｐ−Ｉｂを代入して、Ｘについて方程式を解くことにより、ガス濃度を（Ｉｐ−Ｉｂ−Ｂ）／Ａと算出できる。
なお、記憶部９２からどのガスの検量線を読み出すかは、分析用データを算出した測定対象強度Ｉｄに関連付けられたガス種類に関する情報から判断できる。
【００４７】
上記のように、ガス分析装置１００においては、基準強度Ｉｓ及び測定対象強度Ｉｄは、いずれも、複数の光源１−１、１−２、１−３から同時に発生した複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３の強度（合計強度Ｉｍ）に基づいている。このように、ガス分析装置１００においては、基準強度Ｉｓを測定するために、対象ガス毎に個別に光源を設けることなく、複数の対象ガスを精度よく分析できる。
【００４８】
また、ガス分析装置１００では、制御部９はプロセス制御部ＣＨ１に接続され、ガス種類通知部９６を有している。これにより、測定対象強度Ｉｄから算出される分析用データから測定空間Ｓに存在する対象ガスの種類を判定できない場合（例えば、測定対象強度（分析用データ）にガス種類依存性がない場合）でも、いずれの対象ガスが測定空間Ｓに存在するかを知ることができる。
【００４９】
（２）第２実施形態
上記の第１実施形態において、導入部５は、合波測定光Ｌｍを１つの測定空間Ｓにのみ導入していた。しかし、導入部５は、合波測定光Ｌｍを測定空間Ｓに導入する機能を有していればよく、合波測定光Ｌｍの取り出し口の数は限定されない。
第２実施形態に係るガス分析装置２００において、導入部５は、図８に示すように、合波測定光Ｌｍを分波して複数の光出力口５１’−１、５１’−２、・・・５１’−ｋから出力するファイバーカプラである分波部５０を含んでいる。図８は、第２実施形態に係るガス分析装置の構成を示す図である。
【００５０】
具体的には、図８に示すように、分波部５０の一端からは、光ファイバーである複数の光出力口５１’−１、５１’−２、・・・５１’−ｋが延びている。当該複数の光出力口５１’−１、５１’−２、・・・５１’−ｋは、分波部５０内部において融着されて、合波部３の合波測定光Ｌｍの出口と接続されている。これにより、合波部３から出力された合波測定光Ｌｍは、複数の光出力口５１’−１、５１’−２、・・・５１’−ｋ中を伝搬し、複数の光出力口５１’−１、５１’−２、・・・５１’−ｋの融着された側とは反対側からそれぞれ出力される。
【００５１】
上記のように、合波測定光Ｌｍを複数の光出力口５１’−１、５１’−２、・・・５１’−ｋから出力させることにより、例えば、図８に示すように、複数の光出力口５１’−１、５１’−２、・・・５１’−ｋから出力される複数の合波測定光Ｌｍのそれぞれを、複数のチャンバーＣＨ’−１、ＣＨ’−２、・・・ＣＨ’−ｋの開口部に設けられたコリメータ５３’−１、５３’−２、・・・５３’−ｋを介して、複数の測定空間Ｓ’−１、Ｓ’−２、・・・Ｓ’−ｋのそれぞれに同時に導入できる。
合波測定光Ｌｍを複数の測定空間Ｓ’−１、Ｓ’−２、・・・Ｓ’−ｋのそれぞれに同時に導入することにより、複数の測定空間Ｓ’−１、Ｓ’−２、・・・Ｓ’−ｋ中の対象ガスを分析するために、測定空間毎に光源を設ける必要がなくなる。
【００５２】
第２実施形態の変形例としてのガス分析装置２００’において、導入部５は、図９に示すように、合波測定光Ｌｍを２つの光出力口５１’’−１、５１’’−２から出力する分波部５０’を有している。図９は、第２実施形態の変形例としてのガス分析装置の構成を示す図である。
この場合、１つの光出力口５１’’−１の出口はコリメータ５３の近傍に配置され、当該１つの光出力口５１’’−１から出力された合波測定光Ｌｍは測定空間Ｓ内に導入される。一方、もう１つの光出力口５１’’−２の出口は外部空間に配置されている。すなわち、光出力口５１’’−２を伝搬した合波測定光Ｌｍは、外部空間に出力される。
【００５３】
合波測定光Ｌｍを外部に取り出し可能とすることにより、ガス分析装置２００’に異常が発生した場合に、異常の発生原因を特定しやすくなる。また、当該外部に取り出した合波測定光Ｌｍの強度を測定することにより、当該外部に取り出した合波測定光Ｌｍの強度を、第１実施形態において説明した基準強度Ｉｓとして用いることもできる。
【００５４】
（３）第３実施形態
上記の第１実施形態及び第２実施形態において、光源１−１、１−２、・・・１−ｎに入力される駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２、・・・ｉｄｎの時間的な増減方向、及び、駆動電流が最大値から最小値へと急激に変化するタイミング（駆動電流の周期的な増減のタイミング）は、全光源において同一であった。すなわち、測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎの周期的な変化のパターンは同一であった。しかし、これに限られず、第３実施形態に係るガス分析装置３００においては、複数の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎのうち、いくつかの測定光の周期的な増減パターンを、他の測定光の周期的な増減パターンとは異ならせている。
例えば、図１０Ａに示すように、光源１−３に入力する駆動電流ｉｄ３を、周期１／ｆｒ３にて周期的に減少させる一方、他の光源１−１、１−２の駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２は周期１／ｆｒ１、１／ｆｒ２にて周期的に増加させてもよい。これにより、測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２の強度は、それぞれ、周期１／ｆｒ１、１／ｆｒ２にて周期的に増加する一方、測定光Ｌｍ３の強度は、周期１／ｆｒ３にて周期的に減少する。図１０Ａは、第３実施形態における光源に出力する駆動電流の一例を示す図である。
このように、いずれかの測定光の強度を周期的に増加する一方、他の測定光の強度を周期的に減少することにより、複数の測定光の合計光量を低減して、対象ガスを分析する際のダイナミックレンジを大きくできる。
【００５５】
なお、合計光量を低減できればよいので、複数の測定光の増減パターンは図１０Ａに示すものに限られない。例えば、光源１−１の測定光Ｌｍ１の強度を周期的に増加させる一方、他の光源１−２、１−３の測定光Ｌｍ２、Ｌｍ３の強度を周期的に減少してもよい。または、光源１−２の測定光Ｌｍ２の強度を周期的に増加させる一方、他の光源１−１、１−３の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ３の強度を周期的に減少してもよい。さらに、光源１−３の測定光Ｌｍ３の強度を周期的に増加させる一方、他の光源１−１、１−２の測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２の強度を周期的に減少してもよい。
【００５６】
また、例えば、図１０Ｂに示すように、光源１−３に入力する駆動電流ｉｄ３のタイミングと、他の光源１−１、１−２に入力する駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２のタイミングとを異ならせてもよい。図１０Ｂは、第３実施形態における光源に出力する駆動電流の他の一例を示す図である。または、光源１−１、１−２、１−３への駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３の各タイミングを互いに異ならせてもよい。
光源１−１、１−２、・・・１−ｎに入力する駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２、・・・ｉｄｎのいくつか又は全てのタイミングを異ならせて、いくつかの測定光の周期的な増減の位相と他の測定光の周期的な増減のタイミングとを異ならせることにより、複数の測定光の合計光量を減少して、対象ガスを分析する際のダイナミックレンジを大きくできる。
【００５７】
さらに、光源１−１、１−２、・・・１−ｎに入力する駆動電流のいずれかの増減方向を他の駆動電流の増減方向とは異ならせ、かつ、いずれかの駆動電流の周期的な増減のタイミングと他の駆動電流の周期的な増減のタイミングとを異ならせても、複数の測定光の合計光量を減少できる。
【００５８】
また、光源１−１、１−２、・・・１−ｎに入力される駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２、・・・ｉｄｎの時間的な増減方向、及び／又は、駆動電流ｉｄ１、ｉｄ２、・・・ｉｄｎの周期的な増減のタイミングを異ならせることにより、測定光Ｌｍ１、Ｌｍ２、・・・Ｌｍｎの周期的な変化のパターンが同一であるときには分析用データのプロファイルからは対象ガス種類を判別できなかった場合でも、分析用データのプロファイルから測定空間Ｓ中に存在するガス種類を判別できるようになる。
例えば、図１１に示すように、ガスＡ又はＢが測定空間Ｓ中に存在する場合の分析用データのピークの出現タイミング（ｔ１Ａ、ｔ２Ａ）と、ガスＣが測定空間Ｓ中に存在する場合の分析用データのピークの出現タイミング（ｔ１Ｃ、ｔ２Ｃ）とを互いに異ならせることができる。図１１は、複数の測定光の周期的な変化のパターンを異ならせたときに得られる、分析用データのプロファイルのガス種類依存性の一例を示す図である。
【００５９】
（４）第４実施形態
（４−１）第４実施形態に係るガス分析装置の概略
測定光の吸光を利用して測定空間内のガスの分析を行う従来のガス分析装置では、対象ガスの吸光により生じる分析用データ中のピークの値に基づいて、測定空間中の対象ガスの分析を行う。従来、ガスの分析に用いる分析用データは、分析の対象である対象ガスが含まれる測定空間を通過した測定光の強度から、対象ガスが含まれない測定空間を通過した測定光の強度（基準強度）を差し引くことにより生成されていた。
このようにして算出される分析用データにおいては、測定空間中の対象ガスの濃度が低い場合には、当該分析用データ中に含まれるピークの値が小さくなるか、又は、分析用データ中において吸光によるピークを明確に認識できなくなる。その結果、従来のガス分析装置においては、分析用データを用いた低濃度の対象ガスの分析が正確に行えない。
【００６０】
第４実施形態に係るガス分析装置４００では、高濃度の対象ガスが含まれる測定空間を通過した測定光の強度から、低濃度の対象ガスが含まれる測定空間を通過した測定光の強度を差し引くことにより生成された分析用データを用いて、特に低濃度の対象ガスの分析を精度よく行っている。
【００６１】
（４−２）第４実施形態に係るガス分析装置の全体構成
以下、第４実施形態に係るガス分析装置４００について具体的に説明していく。まず、第４実施形態に係るガス分析装置４００の全体構成について、図１２を用いて説明する。図１２は、第４実施形態に係るガス分析装置の全体構成を示す図である。
ガス分析装置４００は、チャンバーＣＨ’の内部空間である測定空間Ｓ’中に存在しうる対象ガスを分析するための装置である。
ガス分析装置４００は、光源４０１を備える。光源４０１は、対象ガスにより吸光される固有の波長範囲を有する測定光Ｌｍ’を出力する、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）である。なお、ガス分析装置４００に備わる光源の数は、１つに限られず、第１実施形態にて説明したように、ガス分析装置４００には複数の光源が備わっていてもよい。
【００６２】
光源４０１から発生した測定光Ｌｍ’は、チャンバーＣＨ’の開口部に取り付けられたコリメータ４０３（導入部の一例）へ入射される。コリメータ４０３に入射された測定光Ｌｍ’は平行光となって測定空間Ｓ’に導入される。
【００６３】
光源４０１には、温度調節器４０１１が取り付けられている。温度調節器４０１１は、例えば、ペルチェ素子と温度計（例えば、サーミスタ）とにより構成できる。
温度調節器４０１１は、光源４０１の温度を一定値に調節する。これにより、光源４０１は、周囲若しくは雰囲気の温度に影響されることなく、入力された電流の大きさにて測定光Ｌｍ’の波長を制御できる。
【００６４】
ガス分析装置１００は、受光部４０５を備える。受光部４０５は、コリメータ４０３から測定空間Ｓ’へ導入され測定空間Ｓ’を通過した測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’を測定する。
受光部４０５は、コリメータ４０３が取り付けられた開口部に対向するように設けられた開口部に取り付けられたレンズなどの集光部材４０７の近傍に配置された、フォトダイオード又は光電子増倍管である。
これにより、受光部４０５は、集光部材４０７により集光された測定空間Ｓ’を通過した測定光Ｌｍ’を受光できる。受光部４０５は、受光面にて受光した測定光Ｌｍ’の強度に基づいた電気信号を発生し、当該電気信号を制御部４０９（後述）に出力する。
【００６５】
なお、測定空間Ｓ’中に導入された測定光Ｌｍ’は、測定空間Ｓ’中に設けられた（複数の）反射板（図示せず）、及び／又は、チャンバーＣＨ’の内壁によって、測定空間Ｓ’中において（複数回）反射された後に受光部４０５にて受光されてもよい。
【００６６】
ガス分析装置４００は、制御部４０９を備える。制御部４０９は、ＣＰＵと、記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭなどのデータを記憶する装置など）と、各種インターフェース（Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信回路など）と、を備えたコンピュータシステムである。制御部９は、ガス分析装置４００の各構成要素を制御する。制御部４０９は、測定空間Ｓ’中の対象ガスを分析するための各種情報処理を行う。
制御部４０９の構成、及び、制御部４０９にて行われる情報処理については後ほど詳しく説明する。
【００６７】
上記の構成を備えることにより、ガス分析装置４００は、チャンバーＣＨ’内部の測定空間Ｓ’を通過して受光部４０５にて受光された測定光Ｌｍ’の強度に基づいて、測定空間Ｓ’中の対象ガスを分析できる。
【００６８】
（４−３）制御部の構成
次に、制御部４０９の構成について図１３を用いて説明する。図１３は、第４実施形態に係る制御部の構成を示す図である。なお、以下に示す制御部４０９の各構成の機能の一部は、制御部４０９を構成するコンピュータシステムにて動作し記憶装置に記憶されたプログラムにより実現されていてもよい。制御部４０９の各構成の機能の一部は、カスタムＩＣにより実現されていてもよい。
【００６９】
制御部４０９は、光源制御部４０９１を有する。光源制御部４０９１は、図３に示すように、例えば、光源４０１から出力する測定光の波長範囲の中心波長を決定する中心電流ｉｃ１と、振幅がｉｒｗ１であり周波数がｆｒ１であるランプ波電流ｉｒ１と、周波数ｆｒ１よりも高い周波数ｆｍを有する正弦波である変調電流ｉｍｏｄと、を加算した電流を駆動電流ｉｄ１として、光源４０１に出力する。
これにより、光源４０１から発生される測定光Ｌｍ’の波長は、中心電流ｉｃ１の値とランプ波電流の振幅ｉｒｗ１で決定される波長範囲内で周期１／ｆｒ１にて周期的に増加する。
【００７０】
制御部４０９は、記憶部４０９２を有する、記憶部４０９２は、コンピュータシステムの記憶装置の記憶領域の一部である。記憶部４０９２は、各種データ、各種設定値、プログラム、第１基準強度（後述）、及び第２基準強度などを記憶する。
記憶部４０９２は、検量線を記憶している。検量線は、対象ガスの濃度と分析用データ（本実施形態では、分析用データの「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値）との関係を示した、予め取得されたデータである。
【００７１】
制御部４０９は、データ取得部４０９３を有する。データ取得部４０９３は、測定空間Ｓ’を通過した測定光Ｌｍ’を受光することにより受光部４０５から出力された電圧信号又は電流信号を、例えばＡ／Ｄ変換により、分析部４０９４（後述）にて識別可能な数値データに変換する。
【００７２】
制御部４０９は、分析部４０９４を有する。分析部４０９４は、データ取得部４０９３にて取得した測定光Ｌｍ’の強度を示すデータを強度Ｉｍ’として用いて、測定空間Ｓ’中に存在する対象ガスを分析する。
そのため、分析部４０９４は、データ取得部４０９３にて得られた数値データから、強度Ｉｍ’を生成する。具体的には、分析部４０９４は、測定光Ｌｍ’の強度の時間による２回微分値と当該２回微分値を取得した時間とを関連付けたデータを、強度Ｉｍ’とする。
【００７３】
具体的には、分析部４０９４は、まず、データ取得部４０９３にて取得した数値データと、上記の変調電流ｉｍｏｄに同期し、かつ、変調電流ｉｍｏｄの周波数ｆｍの２倍の周波数を有する正弦波信号データとを乗算する。その後、乗算して得られたデータから時間的に変化しない直流成分を所定の周期にて取りだす。最後に、取りだした直流成分と当該直流成分を取得した時間とを関連づけて、強度Ｉｍ’として算出する（位相敏感検波）。
【００７４】
分析部４０９４が上記の「位相敏感検波」を用いて強度Ｉｍ’を算出することにより、分析部４０９４は、測定対象強度Ｉｄ’及び基準強度（第１基準強度Ｉｓ１’、第２基準強度Ｉｓ２’）の時間的変化を用い、波長変調分光法（ＷＭＳ法）にて、対象ガスの分析を実行できる。その結果、対象ガスの吸光による測定対象強度Ｉｄ’への影響が小さい場合でも、対象ガスを精度よく分析できる。
【００７５】
分析部４０９４は、分析用データを用いて測定空間Ｓ’中の対象ガスの分析を行う。本実施形態において、分析部４０９４は、測定空間Ｓ’中の対象ガスの濃度が第１濃度となる前後にて、分析用データの生成方法を異ならせている。分析部４０９４における分析用データの生成方法及び対象ガスの分析方法については、後ほど詳しく説明する。
【００７６】
制御部４０９は、温度制御部４０９５を有する。温度制御部４０９５は、光源４０１の温度が一定となるよう、温度調節器４０１１へ出力する電流又は電圧を調整する。具体的には、例えば、温度制御部４０９５は、温度調節器４０１１のサーミスタにて測定される温度が所定の温度となるように、フィードバック制御により、温度調節器４０１１のペルチェ素子へ出力する電流を調整する。
【００７７】
（４−４）第４実施形態に係るガス分析装置の動作
以下、第４実施形態に係るガス分析装置４００の動作（分析プロセス）について、図１４を用いて説明する。図１４は、第４実施形態に係るガス分析装置の動作を示すフローチャートである。
以下に示す説明では、測定空間Ｓ’内の対象ガスの濃度が時間の経過とともに、図１５に示すような変化をする場合の対象ガスの分析プロセスを例にとって説明する。図１５は、対象ガス濃度の時間変化の一例を示す図である。
図１５に示す例において、例えば、時刻Ｔ１においてチャンバーＣＨ’内に対象ガスが導入されることにより、測定空間Ｓ’内の対象ガスの濃度が時刻Ｔ１以降上昇している。その後、例えば、チャンバーＣＨ’内への対象ガスの導入が停止されるなどして、測定空間Ｓ’中の対象ガスの濃度は、時刻Ｔ３において第１濃度Ｃ１にて最大となった後に、漸減する。
【００７８】
ガス分析装置４００にて対象ガスの分析プロセスが開始されると、まず、光源制御部４０９１が、光源４０１に駆動電流ｉｄ１を出力して、測定光Ｌｍ’を発生させる（ステップＳ４０１）。
その後、分析部４０９４は、分析用データを生成する際の基準となる基準強度が取得済みであるか否かを判断する（ステップＳ４０２）。ガス分析プロセスが開始された直後であるステップＳ４０２において、分析部４０９４は、対象ガスが存在しない測定空間Ｓ’を通過して受光部４０５にて受光された測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’を、分析用データを生成するための第１基準強度Ｉｓ１’とする。
【００７９】
例えば、第１基準強度Ｉｓ１’が記憶部４０９２にすでに記憶されており、第１基準強度Ｉｓ１’を取得済みであると判断された場合（ステップＳ４０２において「Ｙｅｓ」の場合）、分析プロセスはステップＳ４０４に進み、ガス分析を開始する。
【００８０】
一方、第１基準強度Ｉｓ１’が記憶部４０９２に記憶されておらず、第１基準強度Ｉｓ１’を取得する必要があると判断された場合（ステップＳ４０２において「Ｎｏ」の場合）、分析部４０９４は、第１基準強度Ｉｓ１’を取得するための処理を実行する（ステップＳ４０３）。
具体的には、分析部４０９４は、図１５に示す時刻Ｔ１の経過前（すなわち、対象ガスがチャンバーＣＨ’内に導入される前）に、上記の「位相敏感検波」にて、測定空間Ｓ’を通過した測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’を第１基準強度Ｉｓ１’として取得する。その後、分析部４０９４は、上記のようにして取得した第１基準強度Ｉｓ１’を記憶部４０９２に記憶する。
【００８１】
なお、上記の第１基準強度Ｉｓ１’は、例えば、対象ガスの分析プロセスを実行する前のガス分析装置４００のゼロ校正の実行時に取得されて、記憶部４０９２に記憶されてもよい。
【００８２】
第１基準強度Ｉｓ１’の取得後、分析部４０９４は、ガス分析を実行する。分析部４０９４は、まず、対象ガスが存在する測定空間Ｓ’を通過することにより吸光された測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’を、測定対象強度Ｉｄ’として取得する（ステップＳ４０４）。その後、分析部４０９４は、取得した測定対象強度Ｉｄ’を、記憶部４０９２に記憶する。
測定対象強度Ｉｄ’を取得後、分析部４０９４は、上記のステップＳ４０４にて取得した測定対象強度Ｉｄ’と、記憶部９２に記憶された第１基準強度Ｉｓ１’との差を、分析用データとして算出する（ステップＳ４０５）。
例えば、図１５に示す時刻Ｔ２において測定対象強度Ｉｄ’（図１６）が得られた場合、当該測定対象強度Ｉｄ’から第１基準強度Ｉｓ１’（図１６）を差し引くことにより、図１６に示すような、ガス分析装置４００に固有の特性により影響を受けた強度成分を含まない分析用データが得られる。図１６は、分析用データの作成方法を模式的に示す図である。
【００８３】
分析用データを作成後、分析部４０９４は、作成した分析用データを用いて、対象ガスの分析を実行する（ステップＳ４０６）。ステップＳ４０６においては、分析用データの「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値を用いて、測定空間Ｓ’中の存在する対象ガスの濃度を算出する。
具体的には、例えば、対象ガスの検量線がＹ＝ＶＸ＋Ｗ（Ｙ：「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値、Ｘ：ガス濃度、Ｖ、Ｗ：一定値）と表されている場合には、分析部４０９４は、分析用データの「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値を、検量線を表す式のＹに代入して、Ｘについて方程式を解くことにより、対象ガスの濃度を算出できる。
【００８４】
上記のように、測定空間Ｓ’内の対象ガスのガス濃度が比較的大きいために、測定対象強度Ｉｄ’のプロファイルにおいても測定光Ｌｍ’の対象ガスの吸光によるピークが認識できる場合には、測定対象強度Ｉｄ’から第１基準強度Ｉｓ１’を差し引いて得られる分析用データにおいても、測定光Ｌｍ’の対象ガスの吸光によるピークを認識できる。このような場合には、分析用データの「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値と検量線とを用いて、対象ガスの濃度を正確に算出できる。
【００８５】
その一方、図１５に示す時刻Ｔ５における濃度のような低濃度の対象ガスが存在する測定空間Ｓ’内を通過した測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’（測定対象強度Ｉｄ’）は、実質的に上記の第１基準強度Ｉｓ１’とほぼ同様の強度を示すようになる。なぜなら、測定空間Ｓ’に存在する対象ガスの濃度が低い場合には、対象ガスによる測定光Ｌｍ’の吸光が小さくなるからである。
上記のような測定対象強度Ｉｄ’から第１基準強度Ｉｓ１’を差し引いて生成された分析用データは、対象ガスの吸光によるピークが見られないものとなる。つまり、測定対象強度Ｉｄ’から第１基準強度Ｉｓ１’を差し引いて生成された分析用データを用いた場合には、低濃度の対象ガスの分析を精度よく実行できない。
【００８６】
よって、本実施形態においては、低濃度の対象ガスを正確に分析するために、測定光Ｌｍ’が十分に吸光される高濃度の対象ガスが存在する測定空間Ｓ’を通過した測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’を、基準強度（第２基準強度Ｉｓ２’と呼ぶことにする）とし、当該第２基準強度Ｉｓ２’から測定対象強度Ｉｄ’を差し引いて、低濃度の対象ガスを分析するための分析用データとする。
本実施形態においては、対象ガスの濃度が第１濃度Ｃ１にて最大となったときの時刻Ｔ３（図１５）において取得された強度Ｉｍ’を、第２基準強度Ｉｓ２’とする。
【００８７】
具体的には、上記のステップＳ４０４〜Ｓ４０６の分析プロセスを実行中、分析部４０９４は、ステップＳ４０６において算出された対象ガスの濃度が第１濃度Ｃ１となったか否かを判断する（ステップＳ４０７）。
ステップＳ４０６において算出された対象ガスの濃度が第１濃度Ｃ１となっていないと判断した場合（ステップＳ４０７において「Ｎｏ」の場合）、分析プロセスはステップＳ４０４に戻り、第１基準強度Ｉｓ１’を基準強度とした対象ガスの分析を継続する。
【００８８】
一方、対象ガスの濃度が第１濃度Ｃ１となったと判断した場合（ステップＳ４０７において「Ｙｅｓ」の場合）、分析部４０９４は、算出された濃度が第１濃度Ｃ１となったときに（図１５に示す例では、時刻Ｔ３にて）取得された測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’を、第２基準強度Ｉｓ２’として記憶部４０９２に記憶する（ステップＳ４０８）。上記のようにして取得した第２基準強度Ｉｓ２’には、対象ガスの吸光による明確なピークが含まれている。
【００８９】
第２基準強度Ｉｓ２’を取得後（図１５に示す例では、時刻Ｔ３以降）、分析部４０９４は、上記のステップＳ４０４と同様にして測定対象強度Ｉｄ’を取得し（ステップＳ４０９）、記憶部４０９２に記憶した第２基準強度Ｉｓ２’から測定対象強度Ｉｄ’を差し引いて、分析用データを生成する（ステップＳ４１０）。
図１５の時刻Ｔ３以降において、例えば、対象ガスの濃度が時刻Ｔ２のときと同程度になった時刻Ｔ４において、第２基準強度Ｉｓ２’から測定対象強度Ｉｄ’（図１７Ａ）を差し引くと、図１７Ａに示すような分析用データが生成される。すなわち、対象ガスの吸光によるピークを含んだ分析用データを得られる。
図１７Ａは、第２基準強度から測定対象強度を差し引いて得られる分析用データの一例を示す図である。
【００９０】
一方、対象ガスの濃度が低く（図１５の時刻Ｔ５）、吸光によるピークが小さい測定対象強度Ｉｄ’（図１７Ｂ）が得られた場合に、第２基準強度Ｉｓ２’から測定対象強度Ｉｄ’を差し引くと、図１７Ｂに示すような分析用データが生成される。すなわち、対象ガスの吸光によるピークを含んだ分析用データが生成される。図１７Ｂは、第２基準強度から測定対象強度を差し引いて得られる分析用データの他の一例を示す図である。
【００９１】
上記のようにして分析用データを生成後、分析部４０９４は、分析用データの「ｐｅａｋ  ｔｏ  ｂｏｔｔｏｍ」値と上記の検量線とを用いて、対象ガスの分析（濃度の算出）を実行する（ステップＳ４１１）。
なお、ステップＳ４１１において上記の分析用データと検量線とを用いて算出される対象ガスの濃度は、第１濃度Ｃ１と、分析用データを生成するのに用いた測定対象強度Ｉｄ’を取得したときの対象ガスの濃度との差として算出される。なぜなら、ステップＳ４１１で用いる分析用データが、対象ガスの濃度が第１濃度Ｃ１であるときの測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’である第２基準強度Ｉｓ２’を基準として生成されているからである。
このことは、例えば、図１７Ａに示す分析用データ（図１５の時刻Ｔ４にて生成された分析用データ）のピークよりも、図１７Ｂに示す分析用データ（図１５の時刻Ｔ５にて生成された分析用データ）のピークの方が大きくなっていることからも分かる。
【００９２】
対象ガスの分析後、制御部４０９は、分析プロセスを終了するか否かを判断する（ステップＳ４１２）。例えば、制御部４０９において分析の終了信号を受信するか、又は、制御部４０９の入力装置にて分析の終了指示があった場合に、分析プロセスを停止すると判断する。
分析プロセスを終了すると判断した場合（ステップＳ４１２において「Ｙｅｓ」の場合）、分析プロセスは終了する。一方、分析プロセスを終了しないと判断した場合（ステップＳ４１２において「Ｎｏ」の場合）、分析プロセスはステップＳ４０９に戻り、対象ガスの分析を継続する。
【００９３】
上記の第４実施形態においては、第１濃度Ｃ１よりも低い濃度の対象ガスを分析する際に、濃度が第１濃度Ｃ１のときに得られる吸光によるピークが明確な測定光Ｌｍ’の強度Ｉｍ’を基準強度（第２基準強度Ｉｓ２’）として分析用データを生成している。これにより、第１濃度Ｃ１よりも低い濃度の対象ガスにより十分な測定光Ｌｍ’の吸光が得られない場合であっても、吸光によるピークが明確に現れている分析用データを生成できる。また、分析用データを用いて、フィッティング計算などを使用して、ノイズ低減演算が可能となる。
その結果、低濃度の対象ガスが存在する測定空間Ｓ‘における対象ガスの分析を正確に実行できる。
【００９４】
（５）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
【００９５】
（Ａ）受光部にて受光した合波測定光の処理についての他の実施形態
上記の第１〜第４実施形態においては、分析部９４、４０９４は、受光部７、４０５にて受光した合波測定光Ｌｍ（測定光Ｌｍ’）の強度の２回微分値を、基準強度Ｉｓ（第１基準強度Ｉｓ１’、第２基準強度Ｉｓ２’）及び測定対象強度Ｉｄ、Ｉｄ’としていた。しかし、これに限られず、受光部７、４０５にて受光した合波測定光Ｌｍ（測定光Ｌｍ’）の強度の数値データをそのまま、基準強度及び測定対象強度とできる。この場合は、レーザダイオード以外の他の発光デバイス（例えば、ＬＥＤなど）を光源として用いることができる。
【００９６】
（Ｂ）第４実施形態における第１濃度の他の実施形態
上記の第４実施形態において、分析部４０９４は、第１濃度Ｃ１を対象ガスの最大濃度としていた。しかし、対象ガスの吸光による明確なピークが含まれている第２基準強度Ｉｓ２’が取得されればよいので、分析部４０９４は、対象ガスの最大濃度ではない比較的高い濃度を第１濃度としてもよい。この場合、第１濃度よりも高い対象ガスの濃度は「負値の濃度」として算出される。
【００９７】
（Ｃ）第４実施形態における対象ガスの分析方法の他の実施形態
上記の第４実施形態において、分析部４０９４は、第２基準強度Ｉｓ２’を取得後は、第２基準強度Ｉｓ２’を用いて生成した分析用データのみを用いて対象ガスの分析を実行していた。しかし、対象ガスを正確に分析するには吸光によるピークが明確である分析用データを用いればよいので、分析用データは第２基準強度Ｉｓ２’を用いて算出されたもののみに限られない。
例えば、上記の第１基準強度Ｉｓ１’を用いて算出された分析用データと、第２基準強度Ｉｓ２’を用いて算出された分析用データとを両方生成し、当該２つの分析用データから、より明確な吸光によるピークが含まれる分析用データを１つ選択し、当該選択した１つの分析用データを用いて対象ガスの分析を実行してもよい。
これにより、対象ガスの分析を、より広い範囲の濃度にて正確に実行できる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、測定空間中に存在しうる対象ガスの分析を行うガス分析装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
１００、２００、２００'、３００、４００   ガス分析装置
１−１、１−２、１−３、１−ｎ、４０１    光源
１１−１、１１−２、１１−ｎ、４０１１    温度調節器
３     合波部
５     導入部
５０、５０'   分波部
５１   光ファイバー
５１'−１、５１’−２、５１’−ｋ、５１''−１、５１''−２      光出力口
５３、４０３、５３'−１、５３’−２、５３’−ｋ  コリメータ
７、４０５    受光部
７１、４０７  集光部材
７３   受光素子
９、４０９    制御部
９１、４０９１       光源制御部
９２、４０９２記憶部
９３、４０９３データ取得部
９４、４０９４分析部
９５、４０９５温度制御部
９６   ガス種類通知部
ＣＨ、ＣＨ'   チャンバー
ＣＨ１        プロセス制御部
Ａ、Ｂ、Ｃ    ガス
Ｃ１   第１濃度
Ｉｂ   極小値
Ｉｐ   極大値
Ｉｄ、Ｉｄ'   測定対象強度
ＩｄＡ、ＩｄＢ、ＩｄＣ      測定対象強度
Ｉｍ   合計強度
Ｉｍ'  強度
Ｉｓ   基準強度
Ｉｓ１'第１基準強度
Ｉｓ２'第２基準強度
Ｌｍ   合波測定光
Ｌｍ１、Ｌｍ２、Ｌｍ３、Ｌｍ'      測定光
Ｓ、Ｓ'       測定空間
Ｓ’−１、Ｓ’−２、Ｓ’−ｋ       測定空間
ｆｍ、ｆｒ１、ｆｒ２、ｆｒ３周波数
ｉｃ１、ｉｃ２、ｉｃ３      中心電流
ｉｄ１、ｉｄ２、ｉｄ３      駆動電流
ｉｒ１、ｉｒ２、ｉｒ３      ランプ波電流
ｉｒｗ１、ｉｒｗ２、ｉｒｗ３振幅
ｉｍｏｄ      変調電流
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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