CN114486790A - 气体检测装置 - Google Patents

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Abstract

提供气体检测装置。具备导光部，其内表面至少一部分的形状由n个椭圆体的全部或一部分构成，在用n个椭圆体、椭圆体(Ei)剖面中最大面积的椭圆(Eci)、穿过椭圆(Eci)的两焦点且不旋转时与椭圆体(Ei)为缩放关系的最小椭圆体(Esi)，将椭圆体(Ei)内不包含椭圆体(Esi)的区域设为区域(Ri)、将包含发光部的光源区域的椭圆体(Ei)设为椭圆体(Es)、将包含受光部的受光区域的椭圆体(Ei)设为椭圆体(Ed)、将椭圆体(Es)的区域(Ri)设为区域(Rin)、将椭圆体(Ed)的区域(Ri)设为区域(Rout)时，光源区域60％以上存在于区域(Rin)，受光区域60％以上存在于区域(Rout)。

Description

气体检测装置
技术领域
本公开涉及一种气体检测装置。
背景技术
检测气体的气体检测装置被利用于各种领域中。例如专利文献1公开了一种装置，该装置构成为在具有椭圆体的内表面(椭圆体反射镜)的壳体内具备辐射红外线的光源和检测特定波长的红外线的检测器，向该壳体内导入被检测气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2018/0348121号说明书
发明内容
发明要解决的问题
图1和图2是如专利文献1那样将发光部和受光部的中心部配置在椭圆体反射镜的焦点位置的光路设计中的光线追踪的一例。在如图1那样椭圆体反射镜相对于发光部的尺寸而言足够大的情况下，能够将从被配置在焦点位置的发光部发出的光线聚集到被配置在另一个焦点处的受光部。也就是说，能够将发光部近似地视为点光源，因此按照椭圆体的一般性质，从一个焦点位置发出的光线在另一个焦点位置聚集。
另一方面，在如图2所示那样椭圆体反射镜相对于发光部的尺寸而言不足够大的情况下，从发光部发出的光线散布到整个椭圆体反射镜，无法聚集到受光元件的受光部。这是由于，发光部近似地作为点光源进行动作的物理绘像存在缺陷，强烈出现因发光部的尺寸引起的椭圆体反射镜的像差的影响。
随着近年来的气体检测装置的小型化趋势，发光部的尺寸与椭圆体反射镜的尺寸比逐渐变小。
鉴于这一点而完成的本公开的目的在于提供一种使用了椭圆体反射镜的小型且高精度的气体检测装置。
用于解决问题的方案
一个实施方式所涉及的气体检测装置具备发光部、受光部以及向受光部引导来自发光部的光的导光部，其中，所述导光部的内表面的至少一部分的形状由n个椭圆体的全部或一部分的图形构成，在将所述n个椭圆体设为椭圆体E1、E2、···、E(n-1)、En、将在椭圆体Ei的剖面中面积最大的椭圆设为椭圆Eci、将穿过椭圆Eci的两个焦点Fai、Fbi且在不旋转的情况下与椭圆体Ei处于放大缩小关系的具有最小体积的椭圆体设为椭圆体Esi时，当将椭圆体Ei内部的不包含椭圆体Esi的区域设为区域Ri、将包含所述发光部的光源区域的椭圆体Ei设为椭圆体Es、将包含所述受光部的受光区域的椭圆体Ei设为椭圆体Ed、将所述椭圆体Es的区域Ri设为区域Rin、将所述椭圆体Ed的区域Ri设为区域Rout时，所述光源区域的60％以上的区域存在于区域Rin，所述受光区域的60％以上的区域存在于区域Rout，其中，n为1以上的自然数，i为满足1≤i≤n的自然数。
一个实施方式所涉及的气体检测装置具备发光部、受光部以及向受光部引导来自发光部的光的导光部，其中，所述导光部的内表面的至少一部分的形状由n个椭圆体的全部或一部分的图形构成，在将所述n个椭圆体设为椭圆体E1、E2、···、E(n-1)、En、将在椭圆体Ei的剖面中面积最大的椭圆设为椭圆Eci、将穿过椭圆Eci的两个焦点Fai、Fbi且在不旋转的情况下与椭圆体Ei处于放大缩小关系的具有最小体积的椭圆体设为椭圆体Esi时，当将椭圆体Ei内部的不包含椭圆体Esi的区域设为区域Ri、将包含所述发光部的光源区域的椭圆体Ei设为椭圆体Es、将包含所述受光部的受光区域的椭圆体Ei设为椭圆体Ed、将所述椭圆体Es的区域Ri设为区域Rin、将所述椭圆体Ed的区域Ri设为区域Rout时，将所述光源区域的重心或亮度的峰值点设为点Gin，将所述受光区域的重心设为点Gout，点Gin存在于区域Rin，点Gout存在于区域Rout，其中，n为1以上的自然数，i为满足1≤i≤n的自然数。
发明的效果
根据本公开的实施方式，能够提供一种使用了椭圆体反射镜的小型且高精度的气体检测装置。
附图说明
图1是示出椭圆体反射镜中的光线追踪的一例的图。
图2是示出椭圆体反射镜中的光线追踪的另一例的图。
图3是一个实施方式所涉及的气体检测装置的使其一部分透过而得到的立体图。
图4是示出旋转椭圆体的反射镜中的光线追踪模拟结果的图。
图5是用于说明区域Ri的图。
图6是示出本实施方式所涉及的气体检测装置的一个结构例的图。
图7是示出本实施方式所涉及的气体检测装置的变形例的图。
图8是示出一般的椭圆体的光线模拟结果的图。
图9是示出包括无源元件的发光部和包括间接元件的受光部的结构例的图。
图10是示出包括无源元件的发光部和包括间接元件的受光部的另一个结构例的图。
具体实施方式
<本实施方式的气体检测装置>
本实施方式的气体检测装置具备发光部、受光部以及向受光部引导来自发光部的光的导光部。
导光部的内表面的至少一部分的形状由n个(n为1以上的自然数)的旋转椭圆体的全部或一部分的图形构成。
将n个旋转椭圆体定义为椭圆体E1、E2、···、E(n-1)、En。将穿过椭圆体Ei(i为满足1≤i≤n的自然数)的两个焦点Fai、Fbi且具有与椭圆体Ei的旋转对称轴相同的旋转对称轴且与椭圆体Ei处于相似缩小关系的椭圆体定义为椭圆体Esi。将椭圆体Ei内部的不包含椭圆体Esi的区域定义为区域Ri。将包含发光部的光源区域的椭圆体Ei定义为椭圆体Es。将包含受光部的受光区域的椭圆体Ei定义为椭圆体Ed(在椭圆体为一个的情况下，也就是n＝1的情况下，Es＝Ed)。将椭圆体Es的区域Ri定义为区域Rin。将椭圆体Ed的区域Ri定义为区域Rout。
在本实施方式的气体检测装置中，光源区域的面积的60％以上存在于区域Rin，受光区域的面积的60％以上存在于区域Rout。
通过具备该结构，能够提供一种使用了椭圆体反射镜的小型且高精度的气体检测装置，详细的原理在后文叙述。
<本实施方式的气体检测装置的具体结构的一例>
图3是本公开的一个实施方式所涉及的气体检测装置的使其一部分透过而得到的立体图。作为一例，气体检测装置是长×宽×高为7mm×5mm×3mm的小型的装置，也被称为气体传感器。
在本实施方式中，气体检测装置是基于透过了所导入的气体的红外线来测定被检测气体的浓度的NDIR(Non Dispersive InfraRed：非分散红外)方式的装置。
被检测气体例如是二氧化碳、水蒸气、一氧化碳、一氧化氮、氨、二氧化硫或者乙醇、甲醛、甲烷、丙烷等烃系气体等。
<结构(构成构件的相互关系)>
气体检测装置具备发光部、受光部以及导光部。气体检测装置也可以还具备保持部。另外，气体检测装置也可以附加地具备控制部。图3所示的本公开的一个实施方式所涉及的气体检测装置具备由保持部40保持的受光部20和发光部10以及保持于保持部40的导光部30。虽然未图示，但也可以在保持部40内具备控制发光部10和受光部20中的至少一方的控制部。
发光部10和受光部20的表面接触到导光部30的内壁与保持部40的上表面之间的空间(探测空间)。另外，导光部30具备能够向探测空间导入气体以及从探测空间导出气体的气体端口31。
从发光部10辐射出的光在导光部30的内表面至少反射一次而到达受光部20。
接着，对本实施方式的气体检测装置的构成构件进行详细的说明。
<发光部>
发光部10是发出用于检测被检测气体的光的部件。发光部10是输出包含能够由被检测气体吸收的波长的光的部件即可，不特别地限制。在本实施方式中，发光部10所发出的光是红外线，但不限定于此。
发光部10具有发光元件10A。在本实施方式中，发光元件10A是LED(lightemitting diode：发光二极管)，但作为其它例子，也可以是灯、激光(Light Amplificationby Stimulated Emission of Radiation：受激辐射式光频放大器)、有机发光元件或MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)加热器等。另外，发光部10不仅包括发光元件10A，也可以包括用于接收由发光元件10A发出的光而被动地发光的无源元件。具体地说，无源元件是反射镜、光学滤波器、荧光体、光学像、光纤、光波导、透镜或衍射光栅。
此外，在本实施方式中，由于发光部10仅具有发光元件10A，因此发光部10与发光元件10A为相同含义。
发光部10具有光源区域。在如本实施方式那样从发光元件10A不经由无源元件而直接向导光部30引导光的情况下，光源区域是指生成发光元件10A的光子的区域。具体地说，如果是量子型的发光元件10A，则该光源区域是活性区域，如果是热式光源，则该光源区域是高温区域。例如，在灯的情况下，该光源区域是灯丝。
另外，发光部10包括无源元件，在将由发光元件10A发出的光经由无源元件向导光部30引导的情况下，光源区域是无源元件的光线的射出端的集合体。具体地说，在无源元件为反射镜的情况下，光源区域是反射了光线的区域。
另外，在无源元件是具有波长选择功能的光学滤波器的情况下，也可以将在光学滤波器的与空间接触的面上光线所经过的区域取为光源区域。另外，在无源元件为光纤、光波导、透镜的情况下，也可以将在与空间接触的面上光线所经过的射出面取为光源区域。
另外，在利用透镜、反射镜等作为发光部10来形成光学像的情况下，也可以将所形成的像取为光源区域。
在此，优选的是，发光元件10A为LED、MEMS加热器、VCSEL(Vertical CavitySurface Emitting LASER：垂直腔面发射激光器)等平面状的面光源。
<受光部>
受光部20是接收透过了所导入的气体的光的部件。受光部20是对包含能够由被检测气体吸收的波长的光的频带具有灵敏度的部件即可，不特别地限制。在本实施方式中，受光部20所接收的光是红外线，但不限定于此。
受光部20具有受光元件20A。在本实施方式中，受光元件20A是光电二极管(Photodiode)，但作为其它例子，也能够是光电晶体管、热电堆、热电传感器、辐射热测量计或光声式检测器等。另外，受光部20不仅包括受光元件20A，也可以包括用于向受光元件20A引导光的间接元件。具体地说，间接元件是反射镜、光学滤波器、荧光体、透镜、衍射光栅、光纤、光波导。
此外，在本实施方式中，由于受光部20仅具有受光元件20A，因此受光部20与受光元件20A为相同含义。
受光部20具有受光区域。在如本实施方式那样受光元件20A不经由间接元件而直接接收光的情况下，受光区域是指受光元件20A中的具有将所接收到的光转换成信号的功能的区域。具体地说，在受光元件20A是光电二极管的情况下，受光区域是活性层，另外，在受光元件20A是热电堆的情况下，受光区域是热电转换部。
另外，在受光部20经由间接元件来由受光元件20A接收光的情况下，受光区域是指间接元件中的在向受光元件20A引导所接收到的光时具有光学功能且光线所经过的区域。具体地说，在间接元件是具有波长选择功能的光学滤波器的情况下，也可以将在光学滤波器的与空间接触的面上光线所经过的区域取为受光区域。另外，在间接元件为光纤、光波导、透镜的情况下，也可以将在与空间接触的面上光线所经过的入射面取为受光区域。另外，在间接元件为反射镜的情况下，受光区域是反射了光线的区域。
<导光部>
导光部30是向受光部20引导由发光部10发出的光的构件，是气体检测装置的光学系统。从发光部10射出的光被导光部30反射而到达受光部20。换言之，导光部30将发光部10与受光部20以光学方式进行连接。
在本实施方式中，导光部30的内表面是反射镜(反射面)。其内表面的至少一部分的形状是旋转椭圆体的全部或一部分的图形。导光部30也可以辅助性地还具备平面反射镜、凹面反射镜或凸面反射镜、透镜、衍射光栅。
构成反射镜的材料例如可以是金属、玻璃、陶瓷、不锈钢等，但不限于此。
从提高检测灵敏度的观点出发，构成这些反射镜的材料优选由光的吸收系数小且反射率高的材料构成。具体地说，优选为被实施了含有铝、金、银的合金、电介质或它们的层叠体的涂布所得到的树脂壳体。作为树脂壳体的材料，例如能够列举LCP(液晶聚合物)、PP(聚丙烯)、PEEK(聚醚醚酮)、PA(聚酰胺)、PPE(聚苯醚)、PC(聚碳酸酯)或PPS(聚苯硫醚)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯树脂)、PAR(聚芳酯树脂)等以及将它们中的两种以上混合而得到的硬质树脂等。另外，从可靠性和经时变化的观点出发，优选为用金或含金的合金层进行涂布而得到的树脂壳体。并且，为了提高反射率，优选在金属层的表面形成电介质层叠膜。在将导光部30的内表面通过蒸镀或电镀形成在树脂壳体上的情况下，与由金属材料形成的情况相比，能够实现高生产率和轻量化的提高。并且，与保持部40之间的热膨胀系数差缩小，热变形得到抑制，灵敏度不易变动。
另外，导光部30也可以通过切削加工来形成，从生产率的观点出发，更优选的是，期望通过射出成型来形成。
<保持部>
保持部40是用于保持受光部20、发光部10以及导光部30的构件。所谓保持，是指想要针对外力维持各构件的相对位置关系。保持的方式没有特别地限制，但优选为机械保持。保持的方式可以是电磁保持、化学保持。
在本实施方式的气体检测装置具有控制部的情况下，控制部可以由保持部40保持。
保持部40能够保持受光部20、发光部10以及导光部30即可，没有特别地限制。在本实施方式中，保持部40是树脂封装体，但作为其它例子，可以是印刷电路板、陶瓷封装体。或者，也可以将半导体基板作为保持部40将受光部20和发光部10形成在同一半导体基板上。在保持部40是树脂封装体的情况下，可以在内部内置引线框，引线框与发光部10、受光部20以及控制部通过导线等电连接即可。另外，在保持部40是印刷电路板的情况下，印刷电路板与受光部20及发光部10通过焊料电接合且机械接合即可。并且，保持部40与导光部30通过粘接剂、螺钉、卡爪、嵌合、索环、焊接等被机械保持。另外，保持部40也可以具有用于与外部进行电连接的连接端子。
<控制部>
控制部是控制发光部10和受光部20中的至少一方的构件。控制部可以具有将从受光部20输出的模拟电信号转换为数字电信号的模拟-数字转换电路。控制部可以还具有基于转换得到的数字电信号来执行气体浓度运算的运算部。
控制部可以具有执行与要读入的程序相应的功能的通用的处理器以及专用于特定处理的专用的处理器中的至少一方。专用的处理器可以包括面向特定用途的IC(ASIC；application specific integrated circuit：专用集成电路)。处理器可以包括可编程逻辑器件(PLD；programmable logic device)。
<气体检测装置的尺寸>
在图1的(a)和图1的(b)中示出了在椭圆体反射镜相对于发光部10的尺寸而言足够大的情况下能够将从发光部10发出的光线聚集到受光部20的情况。在此，作为导光部30的尺寸，导光部30的一部分形状构成为椭圆体，其中，将包含发光部10的椭圆体的最大长度定义为Lms，将光源区域的最大长度定义为Ls。在此，当Ls<Lms/50的条件成立时，发光部10的尺寸相对于椭圆体反射镜而言足够小，能够近似地视为点光源。因此，从一个焦点位置发出的光线在另一个焦点位置聚集。另一方面，在如图2的(a)和图2的(b)所示那样椭圆体反射镜相对于发光部10的尺寸而言不足够大的情况下(Ls≥Lms/50)，从发光部10发出的光线散布到整个椭圆体反射镜，无法聚集到受光部20。
虽然没有特别限制，但本实施方式的气体检测装置在Ls≥Lms/50的情况下发挥特别显著的效果。
虽然没有特别限制，但同样地，本实施方式的气体检测装置在将包含受光部20的椭圆体的最大长度设为Lmd、将受光部20的最大长度设为Ld时，在Ld≥Lmd/50的情况下，发挥特别显著的效果。
接着，参照附图来详细地说明本实施方式的气体检测装置的原理。
<原理的说明>
图4是用于说明本实施方式的基础原理的图，是在旋转椭圆体的反射镜中穿过其旋转轴的平面内的光线追踪模拟结果。如上所述，气体检测装置也能够由多个旋转椭圆体构成，但在基础原理的说明中使用一个旋转椭圆体进行说明。在将构成气体检测装置的n个(n为1以上的自然数)旋转椭圆体设为椭圆体E1、···、Ei、···、En(i为满足1≤i≤n的自然数)的情况下，图4的(a)、图4的(b)以及图5的旋转椭圆体对应于一个椭圆体Ei(i＝n＝1)。
图4的(a)是从旋转椭圆体的比焦点Fai、Fbi靠外侧的区域即区域Ri中的点射出了光线的情况下的光线的模拟结果。此时，光线在反射镜表面重复反射。但是，光线不会侵入椭圆体中央附近的将焦点与焦点相连接的区域即区域RINTER。
另外，图4的(b)是从区域RINTER中的点射出了光线的情况下的光线的模拟结果。光线不会侵入旋转椭圆体的比焦点Fai、Fbi靠外侧的两端区域即区域REDGE。
通过将光线的轨道和在与反射镜面相同形状的壁上重复进行弹性碰撞的刚体球的轨道视为相同，来说明该区域Ri和区域RINTER中的光线的侵入区域的分离现象(此后称为区域分离现象)。对于在椭圆体壁上进行弹性反射的刚体球在自由空间内的运动，保存有对以焦点Fai为中心的角动量LFai和以焦点Fbi为中心的角动量LFbi进行内积运算而得到的一般角动量J＝LFai·LFbi。此时，在从区域Ri的点射出的刚体球的轨道的情况下，从各焦点看来向相同方向进行旋转运动，因此角动量LFai和LFbi为相同方向，一般角动量J为正(J>0)。另一方面，在经过区域RINTER的轨道的情况下，从各焦点看到的旋转方向为相反方向，因此一般角动量J为负(J<0)。
也就是说，根据一般角动量J的守恒定律，最初从区域Ri射出的刚体球的轨道(光线)其一般角动量J为正值，无论在反射镜上的壁上反射多少次，都不会成为在一般角动量J为负值的区域RINTER经过的刚体球的轨道(光线)。另外，相反地，从一般角动量J为负值的区域RINTER射出的刚体球的轨道(光线)无论在反射镜上的壁反射多少次，都不会成为在一般角动量J为正值的区域Ri经过的刚体球的轨道(光线)。像这样发生区域分离现象。在此，在一般角动量J＝0的情况下，相当于从焦点射出并到达另一个焦点的轨道，由此，刚体球的运动的相位空间被分离。
在此，在将在椭圆体Ei(i为满足1≤i≤n的自然数)的剖面中面积最大的椭圆设为椭圆Eci的情况下，如果是旋转椭圆体，则焦点唯一地确定，最大面积是穿过两个焦点的剖面。另外，在将穿过椭圆Eci的两个焦点Fai、Fbi且在不旋转的情况下与椭圆体Ei处于放大缩小关系的具有最小体积的椭圆体设为椭圆体Esi的情况下，如果是旋转椭圆体，则焦点唯一地确定。因此，一般来说，在“将在椭圆体Ei(i为满足1≤i≤n的自然数)的剖面中面积最大的椭圆设为椭圆Eci、将穿过椭圆Eci的两个焦点Fai、Fbi且在不旋转的情况下与椭圆体Ei处于放大缩小关系的具有最小体积的椭圆体设为椭圆体Esi时”，上述的原理成立。
接着，对基于上述的光线的侵入区域的分离现象的本实施方式的气体检测装置的结构进行说明。
图5是说明针对包含一个旋转椭圆体形状的导光部30的内表面应用了区域分离现象的本实施方式的图。由于区域分离现象，将光源区域的至少一部分配置在区域Ri内，由此从该位置的光源射出的光线即使被反射镜重复反射也始终存在于区域Ri内。此时，通过同样地将受光区域配置在区域Ri中，光线不会向区域RINTER散布而停留在区域Ri内，因此能够高效地将光聚集到受光区域。
由此，能够提高检测装置的气体灵敏度。在光源区域和受光区域局部地存在于区域Ri的情况下，也能够在该局部区域中发挥本实施方式的效果。因此，通过使光源区域的60％以上的区域存在于区域Ri，能够实现该效果。另外，作为互补性的相同的表述，通过使光源区域和受光区域的小于40％的区域存在于区域RINTER，能够实现该效果。从提高气体灵敏度的观点出发，优选使光源区域的70％以上的区域存在于区域Ri，更优选使光源区域的80％以上的区域存在于区域Ri，优选使整个光源区域存在于区域Ri。同样地，从提高气体灵敏度的观点出发，优选使受光区域的70％以上的区域存在于区域Ri，更优选使受光区域的80％以上的区域存在于区域Ri，优选使整个受光区域存在于区域Ri。
即，在将导光部30的内表面的至少一部分的形状穿过椭圆体Ei的两个焦点Fai、Fbi且具有与椭圆体Ei的旋转对称轴相同的旋转对称轴且与椭圆体Ei处于相似缩小关系的椭圆体设为椭圆体Esi时，将椭圆体Ei内部的不包含椭圆体Esi的区域设为区域Ri，使发光部10的光源区域和受光部20的受光区域的面积的60％以上存在于区域Ri，能够实现使用了椭圆体反射镜的小型且高精度的气体检测装置。在旋转椭圆体的两个焦点离得足够远且形成了区域RINTER的情况下，这种效果显著地显现。具体地说，在旋转椭圆体的短半径b与长半径a之比“a/b”为1.2以上的情况下，该效果显著地显现。短半径b是指最短的半径。
在此，设为光源区域的60％以上的区域存在于区域Rin、受光区域的60％以上的区域存在于区域Rout，但如果着眼于重心或亮度的峰值点，则以下内容成立。即，将光源区域的重心或亮度的峰值点设为点Gin，将受光区域的重心设为点Gout。此时，点Gin存在于区域Rin，点Gout存在于区域Rout。
<多个椭圆体的配置>
在上述中说明了旋转椭圆体反射镜为一个的情况(i＝1的情况)下的实施方式，但在本实施方式的气体检测装置具备具有多个旋转椭圆体反射镜的导光部30的情况下也显现同样的效果。
图6是用于说明使用了三个具有旋转椭圆体形状的内表面(反射面)的导光部30的情况下的本实施方式所涉及的气体检测装置的图。图6的(a)是示意图。图6的(b)是光线追踪模拟结果。此外，三个导光部30既可以由三个椭圆构成，也可以是整体上相连接的一个构件。
在图6的(a)中，将针对旋转椭圆体中的包含光源区域的椭圆体E1的区域R1设为区域Rin。相邻的椭圆体E2包含区域R2。在光源区域处于区域Rin中的情况下，光线不散乱地被输送到椭圆体Es1的另一个端侧的区域Rin。通过将被输送了该光的区域重新视为椭圆体E2的光源，光线能够在区域R2内不散乱地移动。为了高效地实现这一点，优选的是，还具有如图6的(a)和图6的(b)所示的辅助反射部50作为向相邻的旋转椭圆体引导光的导光部30，以进行光线的折返。辅助反射部50的样式没有特别地限制，例如能够列举平面反射镜、凹面反射镜、凸面反射镜等。辅助反射部50可以由与旋转椭圆体不同的图形构成。从简易性和效率性的观点出发，辅助反射部50优选为平面反射镜。另外，辅助反射部50可以具有波长选择功能。辅助反射部50优选配置在旋转椭圆体的区域Ri内。
通过依次重复进行该处理，如图6的(b)的光线追踪模拟结果所示那样，光线能够不散乱地移动，通过最后将受光区域配置于椭圆体E3的区域R3即区域Rout，能够与一个旋转椭圆体反射镜的情况同样地高效地使光聚集。
即，通过使发光部10的光源区域的面积的60％以上存在于区域Rin、使受光部20的受光区域的面积的60％以上存在于区域Rout，能够实现使用了椭圆体反射镜的小型且高精度的气体检测装置。与旋转椭圆体反射镜为一个的情况相比，能够将光路长度设计得较长，从检测精度的观点出发有时是优选的。
图7是旋转椭圆体为两个的情况下的变形例。导光部30包括将两个旋转椭圆体组合而成的反射镜和一个平面反射镜，成为两个旋转椭圆的长轴相交成直角的形态。此时，通过在区域Ri中具备辅助反射部50，与图6的情况同样地，能够实现使用了椭圆体反射镜的小型且高精度的气体检测装置。
以上，将导光部30设为旋转椭圆体来进行了说明，但也可以是一般的椭圆，也就是不具有旋转对称性而三个直径的长度不同的椭圆。这是由于在椭圆体壁中进行弹性反射的刚体球的系统(所谓的撞球(billiard)问题)也是可积分系统，因此存在与一般角动量J同样的保存量，遵循同样的区域分离现象。图8是从一般的椭圆体的比焦点Fai、Fbi靠外侧的区域即区域Ri中的点射出光线的情况下的光线的模拟结果。图8所示的焦点Fai、Fbi是在以平面切断椭圆体的情况下面积最大的平面椭圆中的焦点，从焦点Fai、Fbi外侧的区域Ri中射出的光线即使重复反射也持续停留在区域Ri中。能够理解这也是由于在椭圆的直径中的最小的直径为极限0的情况下与在平面椭圆内因焦点引起的区域分离现象相同，一般的椭圆被定位为此前说明的旋转椭圆体的情况与该平面椭圆的情况的中间的情况。
以上，基于各附图和实施例说明了实施方式，但希望注意的是，本领域技术人员容易地基于本公开进行各种变形和修改。因而，应当留意的是，这些变形和修改包括在本公开的范围内。例如，各构件、各单元等中包含的功能等能够以在逻辑上不矛盾的方式重新配置，能够将多个单元等组合成一个或进行分割。
图9和图10是示出其它实施方式中的包括无源元件的发光部10和包括间接元件的受光部20的结构例的图。在图9的例子中，发光部10构成为包括发光元件10A和无源元件，该无源元件是45°反射镜。另外，在图9的例子中，受光部20构成为包括受光元件20A和间接元件，该间接元件是45°反射镜。在图10的例子中，发光部10构成为包括发光元件10A和无源元件，该无源元件是透镜。另外，在图10的例子中，受光部20构成为包括受光元件20A和间接元件，该间接元件是凹面镜。
(附记)
一个实施方式所涉及的气体检测装置具备发光部、受光部以及向受光部引导来自发光部的光的导光部，其中，所述导光部的内表面的至少一部分的形状由n个(n为1以上的自然数)旋转椭圆体的全部或一部分的图形构成，在将所述n个旋转椭圆体设为椭圆体E1、E2、···、E(n-1)、En、将穿过椭圆体Ei(i为满足1≤i≤n的自然数)的两个焦点Fai、Fbi且具有与所述椭圆体Ei的旋转对称轴相同的旋转对称轴且与椭圆体Ei处于相似缩小关系的椭圆体设为椭圆体Esi时，当将椭圆体Ei内部的不包含椭圆体Esi的区域设为区域Ri、将包含所述发光部的发光面的椭圆体Ei设为椭圆体Es、将包含所述受光部的受光面的椭圆体Ei设为椭圆体Ed、将所述椭圆体Es的区域Ri设为区域Rin、将所述椭圆体Ed的区域Ri设为区域Rout时，可以使所述发光面的面积的60％以上存在于区域Rin，使所述受光面的面积的60％以上存在于区域Rout。
附图标记说明
10：发光部；20：受光部；30：导光部；31：气体端口；40：保持部；50：辅助反射部。

Claims (12)

1.一种气体检测装置，其特征在于，
具备发光部、受光部以及向受光部引导来自发光部的光的导光部，
其中，所述导光部的内表面的至少一部分的形状由n个椭圆体的全部或一部分的图形构成，
在将所述n个椭圆体设为椭圆体E1、E2、···、E(n-1)、En、将在椭圆体Ei的剖面中面积最大的椭圆设为椭圆Eci、将穿过椭圆Eci的两个焦点Fai、Fbi且在不旋转的情况下与椭圆体Ei处于放大缩小关系的具有最小体积的椭圆体设为椭圆体Esi时，
当将椭圆体Ei内部的不包含椭圆体Esi的区域设为区域Ri、将包含所述发光部的光源区域的椭圆体Ei设为椭圆体Es、将包含所述受光部的受光区域的椭圆体Ei设为椭圆体Ed、将所述椭圆体Es的区域Ri设为区域Rin、将所述椭圆体Ed的区域Ri设为区域Rout时，
所述光源区域的60％以上的区域存在于区域Rin，所述受光区域的60％以上的区域存在于区域Rout，
其中，n为1以上的自然数，i为满足1≤i≤n的自然数。
2.根据权利要求1所述的气体检测装置，其特征在于，
所述椭圆体Es和所述椭圆体Ed各自的长半径a与短半径b之比a/b为1.2以上。
3.根据权利要求1或2所述的气体检测装置，其特征在于，
在将所述光源区域的最大长度设为Ls、将所述椭圆体Es的最大长度设为Lms时，Ls≥Lms/50。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的气体检测装置，其特征在于，
在将所述受光部的最大长度设为Ld、将所述椭圆体Ed的最大长度设为Lmd时，Ld≥Lmd/50。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的气体检测装置，其特征在于，
所述发光部和所述受光部被同一保持部保持。
6.根据权利要求5所述的气体检测装置，其特征在于，
所述同一保持部还保持控制部。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的气体检测装置，其特征在于，
所述受光部和所述发光部中的至少一方具备光学滤波器。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的气体检测装置，其特征在于，
还具备辅助反射部，所述辅助反射部由与所述n个椭圆体不同的图形构成。
9.根据权利要求8所述的气体检测装置，其特征在于，
所述辅助反射部存在于所述区域Ri内。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的气体检测装置，其特征在于，
所述发光部是面光源。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的气体检测装置，其特征在于，
所述n个椭圆体是旋转椭圆体。
12.一种气体检测装置，其特征在于，
具备发光部、受光部以及向受光部引导来自发光部的光的导光部，
其中，所述导光部的内表面的至少一部分的形状由n个椭圆体的全部或一部分的图形构成，
在将所述n个椭圆体设为椭圆体E1、E2、···、E(n-1)、En、将在椭圆体Ei的剖面中面积最大的椭圆设为椭圆Eci、将穿过椭圆Eci的两个焦点Fai、Fbi且在不旋转的情况下与椭圆体Ei处于放大缩小关系的具有最小体积的椭圆体设为椭圆体Esi时，
当将椭圆体Ei内部的不包含椭圆体Esi的区域设为区域Ri、将包含所述发光部的光源区域的椭圆体Ei设为椭圆体Es、将包含所述受光部的受光区域的椭圆体Ei设为椭圆体Ed、将所述椭圆体Es的区域Ri设为区域Rin、将所述椭圆体Ed的区域Ri设为区域Rout时，
将所述光源区域的重心或亮度的峰值点设为点Gin，将所述受光区域的重心设为点Gout，
点Gin存在于区域Rin，点Gout存在于区域Rout，
其中，n为1以上的自然数，i为满足1≤i≤n的自然数。
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