JP2001221738A

JP2001221738A - 光照射装置および赤外線吸収式ガス濃度計測装置

Info

Publication number: JP2001221738A
Application number: JP2000150803A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nitta; 高弘新田; Masahiro Shiozawa; 方浩塩澤; Atsushi Hashikawa; 淳橋川; Nariyuki Kawazu; 成之河津; Nobuo Watanabe; 修夫渡辺
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】光照射装置の複数系統の光の光量アンバラン
スを緩和し、短時間で高精度な赤外線吸収式のガス濃度
計測を可能とすることである。【解決手段】第１、第２の光源３１ａ，３２ａからハ
ーフミラー４にそれぞれ光を入射せしめてハーフミラー
４において第１の光源３１ａの反射光成分と第２の光源
３２ａの透過光成分とを重畳せしめて第１の系統の光Ｌ
１を得るとともに第２の光源３２ａの反射光成分と第１
の光源３１ａの透過光成分とを重畳せしめて第２の系統
の光Ｌ２を得るようにすることで、一方の光源の劣化等
で光源３１ａ，３２ａ間の光量アンバランスが生じても
基準ガスが封入されるセル１１内に照射される第１の系
統の光と試料ガスが導入されるセル１２内に照射される
第２の系統の光Ｌ２との光量比の偏りを緩和し計測精度
を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光照射装置および赤
外線吸収式ガス濃度計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の系統の光を出力する光照射装置は
計測装置等で用いられる。かかる計測装置としては、例
えば、光として赤外線を用いる赤外線吸収式のガス濃度
計測装置がよく知られている。

【０００３】赤外線吸収式のガス濃度計測装置は、ガス
分子固有の赤外線吸収効果を利用して試料ガス中の特定
の成分ガス（検出ガス）の濃度を連続的に測定するもの
で、筒状のセルを透過窓で閉鎖し、セル内に試料ガスを
導入した状態でセル内に光照射装置から赤外線を照射
し、他方の光透過窓から出射した透過赤外線を出射側の
透過窓の後方に配置した検出器で受けるようになってい
る。検出赤外線量は上記検出ガスの濃度に応じて小さく
なり、濃度Ｃの検出ガスを含んだ試料ガス中を初期光量
ｉ₀の光が距離Ｌ通過した後の透過光量ｉを表す一般式
は式（１）で表される。式中、Ｋは検出ガスに固有の吸
収係数である。ｉ＝ｉ₀・ｅｘｐ（−Ｋ・Ｃ・Ｌ）・・・（１）

【０００４】図７はかかるガス濃度計測装置の一つの構
成を示すもので、光照射装置９ａは光源９３の前方に設
けられたチョッパ９４を備え、チョッパ９４はモータ９
５で駆動し光源９３からの赤外線が断続光に変調され
る。チョッパ９４を通過した赤外線は分配器９６により
２つのセル、補償セル９１１と計測セル９１２とに分配
される。補償セル９１１には検出ガス濃度が既知の基準
ガス例えば不活性ガスが封入され、計測セル９１２には
検出ガス濃度が未知の試料ガスが導入される。検出器９
２１，９２２はこの２つのセル９１１，９１２における
検出ガス濃度の違いに基づく赤外線吸収量の差を検出す
る。検出器９１１，９１２には種々のものがあるが、例
えば、セル９１１，９１２を透過する赤外線量の違いで
生じる受光チャンバ９２１，９２２の圧力の微小な差圧
を微差圧計９２３により検出する（第１従来例）。

【０００５】ここで、式（１）より知られるように初期
赤外線量が大きいほどセルにおける赤外線の減衰量は大
きいから、上記差圧も初期赤外線量が大きいほど大きく
Ｓ／Ｎの点で有利であり、高感度な計測が可能となる。
しかし、第１従来例の構成のものでは単一の光源により
複数の系統の光を得るので、初期光量ｉ₀を大きくしよ
うとすれば光源が大型化せざるを得ず、点光源とするの
が困難となる。このため、セル内をセル壁面で反射し複
雑な透過経路をとる赤外線成分が増え、検出器から、セ
ル内ガスによる赤外線吸収が反映した適切な検出結果が
得られないという問題がある。

【０００６】そこで、計測精度の向上を図ったものとし
て、図８に示す赤外線吸収式ガス濃度計測装置の光照射
装置９ｂのように光源９８１，９８２をセル９１１，９
１２ごとに１対１に対応して設け、かかる問題の回避を
図ったものがある（第２従来例）。図の構成では検出器
９７１，９７２を赤外線強度を各セルで検出可能な固体
センサにより構成している。また、光源９８１，９８２
からの赤外線が断続光となるように光源９８１，９８２
への給電を制御して装置の温度上昇による検出値のオフ
セットのドリフトを防止するようにしたものもある。

【０００７】光源をセルごとに１対１に対応して設けた
ものとしては、他に特開平８−７５６４２号公報に記載
されたものもあり、こちらの方は、検出器を両セルに共
通として、検出器が受ける赤外線を、モータ駆動のチョ
ッパにより計測セルを透過した赤外線と補償セルを透過
した赤外線とのうちいずれかに選択している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ガス濃度計
測装置を車両に搭載して車両の制御用に用いる場合等の
ようにガス濃度計測装置の起動から計測開始までに時間
の猶予が余りない場合、ガス濃度計測装置が速やかに立
ち上がらないと計測開始直後に計測精度が不足するおそ
れがある。とりわけ、赤外線を発する光照射装置は、そ
の光源が一種の熱源であり、光源自身やその保持部材等
が熱容量を持つので、光源が安定して一定強度以上の光
線を照射するのに時間がかかり、例えば上記ガス濃度計
測装置の立ち上げ完了までの時間を左右することにな
る。

【０００９】また、上記第２従来例のように、必要な光
の系統数だけ光源を用意して各系統ごとに１つずつ光源
を割り当てる光照射装置では、さらに次の問題もある。
光源のうち１つが劣化等で発光特性の経時変化が生じた
り、製造ばらつきに基因して光源の個体差があると、系
統間で光量のバランスが大きくくずれることになる。こ
れは、上記赤外線吸収式ガス濃度計測装置のような計測
装置に用いる場合には計測精度に影響する。計測に先立
って補正作業を行ったとしても、例えば上記ガス濃度計
測装置において両セルに基準のガスを導入して上記検出
器のゲイン調整を行ったとしても、計測レンジによって
は要求される計測精度が確保できないおそれがある。ま
た、ゲイン調整後に光量アンバランスの大きさが変化す
る場合には対応できない。

【００１０】本発明は上記実情に鑑みなされたもので、
短時間で一定強度以上の光線を安定的に得ることができ
る光照射装置および赤外線吸収式ガス濃度計測装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、光照射装置を次のように構成する。ｎ個の光源のう
ち１つの光源から発せられた光が透過する（ｎ−１）個
のハーフミラーを具備せしめる。上記１つの光源以外の
（ｎ−１）個の光源の光路を、該光源からの光が上記
（ｎ−１）個の光源と１対１に対応する上記（ｎ−１）
個のハーフミラーを透過し、かつその透過光が上記（ｎ
−１）個のハーフミラーにおける上記１つの光源の反射
光と重畳するように設定する。上記ｎ系統の光として、
（ｎ−１）個の上記透過光の方向に出射する（ｎ−１）
系統の光と、上記（ｎ−１）個のハーフミラーを透過し
た上記１つの光源からの光の方向に出射する１系統の光
とを得る。

【００１２】各光源はハーフミラーにより少なくとも２
つ以上の系統の光に分配されるから、光源の立ち上がり
特性が光源間でばらつき光量がアンバランスなものとな
ってもそのアンバランス量が分散されて系統間の光量ア
ンバランスを緩和することができる。したがって、短時
間で一定強度以上の光線を安定的に得ることができる。
また、使用中にいずれかの光源が劣化等で光量がアンバ
ランスなものとなっても、同様にそのアンバランス量が
分散されて系統間の光量アンバランスを緩和することが
できる。

【００１３】請求項２記載の発明では、赤外線吸収式ガ
ス濃度計測装置を次のように構成する。筒状に形成され
試料ガスが導入される計測用のセルと、筒状に形成され
濃度既知の基準ガスが封入された補償用のセルと、上記
セルごとに設けられて各セルの一端から出射する赤外線
の強度を検出する検出器と、請求項１の発明の光照射装
置とを具備する構成とする。該光照射装置は、上記ｎ系
統の光としてｎ系統の赤外線を上記各セルの他端からセ
ル内に１系統ずつ照射する構成とする。

【００１４】セル内に照射される赤外線のセル間の光量
ばらつきが緩和され高精度でガス濃度の計測が可能とな
る。

【００１５】請求項３記載の発明では、赤外線吸収式ガ
ス濃度計測装置を次のように構成する。筒状に形成され
た１以上のセルと、該セルを透過しその一端から出射す
る赤外線の強度を検出する検出器と、セルの他端からセ
ル内に赤外線を照射する光源と、該光源への供給電力を
制御する光源制御手段とを具備するとともに、少なくと
も１つのセルには試料ガスを導入してなる構成とする。
上記光源制御手段を、計測時には周期的に供給電力を増
減して上記光源からの光量が強弱を繰り返すように設定
し、光源への給電開始の際には平均供給電力を計測時よ
りも多くする構成とする。

【００１６】光源への給電開始の際には計測時よりも多
い平均電力に設定されるから、光源からセル内への照射
強度が速やかに要求される照射強度にまで達し安定す
る。しかして、短時間で計測を開始することができる。
そして、計測時には照射強度が強弱を繰り返すので、検
出器から得られる検出値のオフセットがドリフトするこ
とはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）第１図に、本発
明の第１実施形態になる光照射装置およびこれを用いた
赤外線吸収式ガス濃度計測装置の構成を示す。赤外線吸
収式ガス濃度計測装置は、２つのブロック状部材２１，
２２とその間に介設された２本の筒状部材２３１，２３
２とを有しており、これらは例えばステンレススティー
ル材から成形される。筒状部材２３１，２３２は、ブロ
ック状部材２１，２２にそれぞれ平行に形成された１対
の孔２０１，２０２と１対の孔２０５，２０６とに両端
部が嵌入せしめてあり、２つの円柱状空間が形成されて
いる。この２つの円柱状空間はそれぞれ検出ガスの吸収
波長域の赤外線を透過可能な２つの透過窓６１１，６１
２、透過窓６２１，６２２により閉鎖画成され、補償用
のセル１１、計測用のセル１２としてある。透過窓６１
１〜６２２は例えばフッ化カルシウムで構成される。

【００１８】各セル１１，１２には一方の透過窓６１
２，６２２の背後にセル１１，１２の軸線上に透過窓６
１２，６２２から出射する赤外線を検出する検出器たる
光センサ７１，７２が設けてある。光センサ７１，７２
としてはサーモパイルセンサ等種々のものが用いられ
得、応答性等、用途を考慮して選択するのがよい。

【００１９】セル１１，１２の長さ方向の２か所に均等
に、セル１１，１２と交差する方向に共通のヒータブロ
ック２７１，２７２が配置され、これにより各セル１
１，１２を保温するようになっている。

【００２０】補償セル１１には赤外線吸収のない基準ガ
スである不活性ガス（Ｎ₂等）が充填してある。

【００２１】計測セル１２は一方のブロック状部材２１
に設けられた導入管路２５から検出ガス（ＣＯ等）濃度
が未知の試料ガスが導入され、計測セル１２内を流通し
て他方のブロック状部材２２に設けられた排出管路２６
から排出されるようになっている。

【００２２】光照射装置１０は、２系統の光である赤外
線を照射可能に構成され、補償セル１１と計測セル１２
とに１系統ずつ赤外線Ｌ１，Ｌ２を照射する。

【００２３】光照射装置１０の基部となる上記ブロック
状部材２１には上記のごとく孔２０１，２０２が形成さ
れるとともに、その一方の孔２０１を補償セル１１の光
透過窓６１１の後方位置で一方の孔２０１と直交する方
向に横切る別の孔２０３が形成され、該孔２０３の補償
セル１１側の端部は第１の光源アッセンブリ３１により
閉鎖され、孔２０３の計測セル１２側の端部は、ブロッ
ク状部材２１の側面に形成された凹所２０４にて他方の
孔２０２と連通している。なお、凹所２０４は、先端面
が孔２０２，２０３の軸線に対して４５°の角度にカッ
トされた蓋部材２４により閉鎖され、孔２０２と孔２０
３との連通部は上記先端面によって画成された三角形の
空間により形成される。

【００２４】第１の光源アッセンブリ３１は一定の指向
性を有する光源（以下、適宜、第１の光源という）３１
ａとこれを外周から保持する保持部材３１ｂとからな
り、１つの光源たる第１の光源３１ａから赤外線が孔２
０３内に孔２０３の軸線方向に照射される。孔２０３と
孔２０１とが交叉する位置に１／２透過１／２反射のハ
ーフミラー４が孔２０１，２０３の軸線に対して４５°
傾げて設けてあり、第１の光源３１ａから発せられた赤
外線がハーフミラー４に４５°の角度で入射し、ハーフ
ミラー４において孔２０３の軸線方向に進行する透過光
と孔２０１の軸線方向に進行する反射光とに分割され
る。ハーフミラー４は基板に蒸着膜を形成して反射率を
５０％に設定したものや両面を研磨したシリコン板等が
用いられる。

【００２５】また、孔２０３の軸線に対して４５°の角
度を有する上記蓋部材２４の先端面には全反射ミラー５
が接着され、これに、第１の光源３１ａのハーフミラー
４における透過光が４５°の角度で入射し計測セル１２
に向けて反射するようになっている。

【００２６】一方、孔２０１の、補償セル１１とは反対
側の端部は第２の光源アッセンブリ３２により閉鎖され
ている。該光源アッセンブリ３２は、上記第１の光源ア
ッセンブリ３１と同じ構成の光源（以下、適宜、第２の
光源という）３２ａとその保持部材３２ｂとからなり、
第２の光源３２ａから赤外線が孔２０１内に孔２０１の
軸線方向に照射されてハーフミラー４に上記第１の光源
３１ａとは反対側の面から４５°の角度で入射し、ハー
フミラー４において孔２０１の軸線方向に進行する透過
光と孔２０３の軸線方向に進行する反射光とに分割され
る。このハーフミラー４における透過光は第１の光源３
１ａからの反射光と重畳し、この反射光とともに補償セ
ル１１内に照射される第１の系統の赤外線Ｌ１となる。

【００２７】一方、第２の光源３２ａから照射されてハ
ーフミラー４で反射した赤外線は、第１の光源３１ａか
らの透過光と重畳し、この透過光とともに全反射ミラー
５で進行方向を変える。この重畳光は計測セル１２内に
照射される第２の系統の赤外線Ｌ２となる。

【００２８】検出・制御回路８１は例えば光源３１ａ，
３２ａへの給電路を断接して、光源３１ａ，３２ａへの
給電をオンオフ制御し、光源３１ａ，３２ａが発する光
量の経時プロファイルに一定周期で高低するパルス状の
形状を与えるとともに、光源３１ａ，３２ａの制御信号
に同期して、上記光量が高値をとるタイミングで検出器
７１，７２から出力される信号を、光照射装置１０の２
系統の赤外線Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ補償セル１１、計測
セル１２を透過した後の赤外線の光量の検出値として取
り込むようになっている。光源３１ａ，３２ａが発する
光量にパルス状の形状を与えることで、常時赤外線が照
射されることによる装置の温度上昇で検出値のオフセッ
トがドリフトするのを防止している。

【００２９】取り込まれた検出値は、Ａ／Ｄ変換器８２
によりデジタル化された後、信号処理部８３に入力し、
信号処理部８３において両検出値の差に基づいてガス濃
度が算出される。算出されたガス濃度を濃度表示部８４
が表示する。

【００３０】なお、計測セル１２には試料ガスの計測に
先立ち導入管路２５から上記基準ガスが導入可能で、基
準ガスが導入された状態で、補償セル検出器７１、計測
セル検出器７２についてゲイン調整が可能である。

【００３１】さて、補償セル１１、計測セル１２に照射
される光照射装置１０からの各系統の赤外線Ｌ１，Ｌ２
は、上記のごとく各光源３１ａ，３２ａの発する赤外線
の１／２ずつをとり加算したものである。したがって、
一方の光源３１ａ，３２ａの劣化や個体差等によって光
源３１ａ，３２ａの発する光量にばらつきがあっても、
そのばらつきが補償セル１１側と計測セル１２側とに１
／２ずつ分散されるので、光源３１ａ，３２ａ間の光量
ばらつきがそのまま両セル１１，１２への照射強度ばら
つきとして現れない。上記図８に示した構成のものに比
して優れている。したがって、通電開始後の立ち上がり
特性が光源３１ａ，３２ａ間でばらついても、このばら
つきが現れないから、光源３１ａ，３２ａへの給電開始
後、光量ばらつきが収束するのを待つことなく、例えば
検出器７１，７２で検出される赤外線強度から知られる
光量が一定値に達したら計測可能になる。

【００３２】そして、かかる光照射装置１０を用いてい
る本実施形態のガス濃度計測装置は試料ガス中の検出ガ
スの濃度を高精度で計測することができる。また、ゲイ
ン調整後、光源３１ａ，３２ａの光量アンバランスが経
時変化しても赤外線Ｌ１と赤外線Ｌ２との光量比は変わ
らないので、試料ガス中の検出ガスの濃度の計測精度を
大きく損なうことはない。

【００３３】なお、図２に示すように、光照射装置１０
の第１の系統の赤外線Ｌ１を計測セル１２内に照射し、
第２の系統の赤外線Ｌ２を補償セル１１内に照射するよ
うにしてもよい。

【００３４】（第２実施形態）図３に本発明の第２の実
施形態になる光照射装置の要部概略構成を示す。第１実
施形態の構成よりも照射光を１系統増やし３系統の光を
照射可能としたものである。図中、第１実施形態と実質
的に同じ作動をする部位には同じ番号を付すものとす
る。本光照射装置１０Ａは３つの一定の指向性を有する
光源３１ａ，３２ａ，３３ａと、光源数よりも１少ない
２つのハーフミラー４１，４２と、全反射ミラー５とか
ら構成される。

【００３５】ハーフミラー４１，４２は１つの光源であ
る第１の光源３１ａの前方に設けてあり、光源３１ａか
らの光がハーフミラー４１，４２を順次透過するように
なっている。最後のハーフミラー４２を透過した光は全
反射ミラー５で進行方向を変える。また、ハーフミラー
４１，４２は光源３１ａからの光が４５°の入射角で入
射するように配置され、光源３１ａからの光が各ハーフ
ミラー４１，４２において上記のごとく透過する光と該
透過光に対して直角方向に反射する光とに分かれる。

【００３６】第２の光源３２ａは、第１のハーフミラー
４１に第１の光源３１ａの光が入射する面とは反対側の
面から入射するように配置されて入射角度が第１の光源
３１ａの入射角度と同じ４５°に、したがって第１のハ
ーフミラー４１における第１の光源３１ａからの光の反
射方向に入射するように設定してあり、光源３２ａから
の光が第１のハーフミラー４１を透過し、その透過光が
第１の光源３１ａからの反射光と重畳するようになって
いる。この、第１のハーフミラー４１において重畳する
第１の光源３１ａからの反射光と第２の光源３２ａから
の透過光との重畳光は第１の系統の光Ｌ１’を形成す
る。

【００３７】また第２の光源３２ａからの光は第１のハ
ーフミラー４１において直角方向すなわち第１の光源３
１ａからの光の透過方向に反射し、この反射光は第１の
光源３１ａの透過光と重畳し、第２のハーフミラー４２
に４５°の入射角で入射する。

【００３８】第３の光源３３ａは、第２のハーフミラー
４２に、第１の光源３１ａからの光が入射する面とは反
対側の面から入射するように配置されて入射角度が第１
の光源３１ａからの光の入射角度と同じ４５°に設定し
てあり、光源３３ａからの光が第２のハーフミラー４２
を透過し、その透過光が第１のハーフミラー４１からの
光の第２のハーフミラー４２における反射光と重畳する
ようになっている。この、第２のハーフミラー４２にお
いて重畳する第１のハーフミラー４１からの反射光と第
３の光源３３ａからの透過光との重畳光は第２の系統の
光Ｌ２’を形成する。

【００３９】また第３の光源３３ａからの光は第２のハ
ーフミラー４２において直角方向すなわち第１の光源３
１ａからの光の透過方向に反射し、この反射光は第１の
ハーフミラー４２からの光と重畳し、全反射ミラー５に
４５°の入射角で入射し、第１、第２の系統の光Ｌ
１’，Ｌ２’と平行な方向に進行方向を変え、第３の系
統の光Ｌ３’となる。

【００４０】さて、各系統の光Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’
は、上記のごとく各ハーフミラー４１，４２の両面から
入射する２つの光の一部同志を加算したものとなる。し
たがって、３つの光源３１ａと光源３２ａと光源３３ａ
との光量比がばらついても各光源３１ａ〜３３ａの光量
の偏差が各系統の光Ｌ１’〜Ｌ３’に分散されるから、
系統間のばらつきを緩和することができる。例えば、ハ
ーフミラー４１，４２を１／３透過２／３反射のものと
し、第１の光源３１ａが劣化し光量が２／３に低下した
とすると、第１の系統の光Ｌ１’は、第１の光源３１ａ
の成分（２／３）×（２／３）と第２の光源３２ａの成
分１×（１／３）とで７／９となる。

【００４１】第１、第２の光源３１ａ，３２ａからの光
のうち第１のハーフミラー４１で透過または反射して第
２のハーフミラー４２に入射する光は、第１の光源３１
ａの成分（２／３）×（１／３）と第２の光源３２ａの
成分１×（２／３）とで８／９となる。したがって、第
２の系統の光Ｌ２’は、（８／９）×（２／３）と第３
の光源の成分１×（１／３）とで２５／２７となる。

【００４２】第１のハーフミラー４１からの成分、第３
の光源３３ａからの光のうち、第２のハーフミラー４２
で透過または反射して全反射ミラー５に入射する光、す
なわち第３の系統の光Ｌ３’は、第１のハーフミラー４
１からの成分の透過成分（８／９）×（１／３）と第３
の光源３３ａの成分１×（２／３）とで２６／２７とな
る。

【００４３】この例では系統間の光量ばらつきが最大−
最小で５／２７であるのに対し、上記３つの光源３１ａ
〜３３ａをそれぞれ３系統の光とする従来の装置では光
量ばらつきは１／３であり、本光照射装置１０Ａではば
らつきが大きく減少するのが分かる。

【００４４】なお、系統数が４以上の場合は、図の構成
において、第２のハーフミラー４２と全反射ミラー５と
の間にハーフミラーを増設し、該ハーフミラーと１対１
に対応し該ハーフミラーに向けて光を照射する光源を設
けて、ハーフミラーを透過した光が該ハーフミラーで反
射する第２のハーフミラーからの光と重畳するように配
置し、この重畳光を増設された系統の光として得るよう
にする。

【００４５】このように、光の系統数を３以上とした光
照射装置は、３以上の上記セルを有し複数の種類の被測
定ガスの濃度をそれぞれ計測するガス濃度計測装置に好
適に適用することができる。

【００４６】なお、上記各実施形態において、全反射ミ
ラーは、第１実施形態では第２の系統の光の進路を変え
るために、第２実施形態では第３の系統の光の進路を変
えるために設けられているが、第１実施形態の第１の系
統の光の進路を変えるために、第２実施形態の第１、第
２の系統の光の進路を変えるために設けてもよい。すべ
ての系統の光が第１の光源の照射方向に平行に照射され
るようにすることができる。

【００４７】また、用途によっては各系統の光の進行方
向は必ずしも平行である必要はなく任意であり、そのた
め、ハーフミラーにその両面から入射する２つの光の入
射角を４５°以外の角度に設定することもできる。

【００４８】また、光源からハーフミラーに到る光路、
ハーフミラー間の光路等を真っ直ぐにとる必要はなく、
途中に全反射ミラーを設けて進路を変えてもよく、装置
の全体形状や装置各部のレイアウトが自由である。

【００４９】また、光源からの光が赤外線透過窓に到る
までの経路となる、赤外線透過窓、光源アッセンブリ、
蓋部材により画成される空間に、検出ガスに対して赤外
線吸収波長が近似する干渉ガス（例えばＣＯ検出におけ
るＣＯ₂）を封入してガスフィルタとし、予め干渉ガス
の吸収波長の赤外線を除去しておくようにするのもよ
い。

【００５０】なお、上記各実施形態の光照射装置はガス
濃度計測装置以外の計測装置にも適用することができ、
上記のごとく、光量アンバランスを回避もしくは緩和す
る効果が得られ、給電開始後、短時間で安定した一定強
度の光量の照射が可能となる。また、計測装置だけでは
なく、上記各実施形態の説明より容易に知られるよう
に、複数の光源のうちいくつかが故障し光強度が極端に
低下もしくは完全に消灯しても、複数系統の光照射が確
保されるので、ある程度の光量の照明が複数の場所で必
要な用途に用いても好適である。また、照射光も赤外線
に限られるものではない。

【００５１】（第３実施形態）図４に本発明の第３の実
施形態になる赤外線吸収式ガス濃度計測装置の構成を示
す。第１実施形態の構成において、検出・制御回路を別
の構成としたものである。図中、第１実施形態と実質的
に同じ作動をする部位には同じ番号を付すものとする。
図５（Ａ）は検出・制御回路８１Ａの光源駆動制御の内
容を示すタイムチャートであり、図５（Ｂ）は検出・制
御回路８１Ａと比較する第１実施形態における検出・制
御回路８１の光源駆動制御の内容を示すタイムチャート
である。図中には、光源３１ａ，３２ａへの印加電圧と
光源３１ａ，３２ａから発せられた赤外線量（図中、光
源出力）を示している。

【００５２】第１実施形態における検出・制御回路８１
は起動時から光源３１ａ，３２ａへの印加電圧が計測時
と同様に低値Ｖ1 と高値Ｖ2 とを交互に繰り返すのに対
して、検出・制御回路８１Ａは、先ず、光源３１ａ，３
２ａへの給電開始の際には常時印加電圧が高値Ｖ2 で通
電する（立ち上げモード）。これにより光源３１ａ，３
２ａは発熱しその熱の一部はこれらの保持部材３１ｂ，
３２ｂに逃げ、光源３１ａ，３２ａはこの熱収支で規定
される速度で温度が漸次上昇し照射赤外線強度が増加す
る。なお、保持部材３１ｂ，３２ｂも光源３１ａ，３２
ａからの熱伝導で温度が上昇する。この高値Ｖ2 での通
電時間ｔ1 は、検出器７１，７２から知られる光源３１
ａ，３２ａから発せられた赤外線量が所定値に達すると
終了する。ここで、所定値は、計測に必要な十分な強度
の赤外線が光源３１ａ，３２ａから発せられていると認
められる値に設定する。

【００５３】常時通電時間ｔ1 以降は、第１実施形態と
同様に光源３１ａ，３２ａへの印加電圧が時間ｔ2 ごと
に低値Ｖ1 と高値Ｖ2 とに交互に変化せしめる（計測モ
ード）。そして、保持部材３１ｂ，３２ｂの温度が上昇
しているから、光源３１ａ，３２ａからの赤外線量は、
光源３１ａ，３２ａへの印加電圧が低値Ｖ1 から高値Ｖ
2 に変化した時にも応答性よく立ち上がる。

【００５４】本実施形態では、かかる制御により給電開
始の際における光源３１ａ，３２ａの平均電力を多くす
ることで、光源３１ａ，３２ａの立ち上がりを速めるこ
とができ、計測開始までの時間を短縮することができ
る。発明者らの確認したところでは４０％短縮可能であ
った。

【００５５】なお、本実施形態では、光源３１ａ，３２
ａへの給電開始の際に印加電圧を常時、高値Ｖ2 として
通電しているが、低値Ｖ1 と高値Ｖ2 とを交互に繰り返
すとともにその繰り返し周期における低値Ｖ1 の期間の
割合を計測モード時よりも減じ、高値Ｖ2 の期間の割合
を計測モード時よりも増大するのもよく、これによって
も給電開始の際における光源３１ａ，３２ａへの平均供
給電力を多くすることができる。

【００５６】また、図６に示すように、光源３１ａ，３
２ａへの給電開始の際の印加電圧を、計測モード時の高
値Ｖ2 よりも高いＶ3 にするのもよい。この場合、図５
（Ａ）の場合よりもさらに速く計測可能な状態にするこ
とができる。なお、この場合、電圧値Ｖ3 が光源３１
ａ，３２ａの定格一杯もしくは定格を越えるものであっ
ても、光源３１ａ，３２ａへの給電開始の際だけである
から、光源３１ａ，３２ａの寿命や計測時における照射
赤外線の波長等には特に問題はない。

【００５７】また、本実施形態では検出器７１，７２の
検出値が所定値に達するまで、計測モード時よりも平均
供給電力を多くする立ち上げモードに設定されている
が、給電開始の際における所定時間だけ立ち上げモード
に設定するのもよい。

【００５８】また、本実施形態の特徴部分は、補償セル
１１、計測セル１２のそれぞれについて、印加電圧が低
値Ｖ1 をとり照射強度が強となるときの検出器７１，７
２の出力と、高値Ｖ2 をとり照射強度が弱となるときの
検出器７１，７２の出力とを得、その差をとることでセ
ル１１，１２を構成する筒状部材２３１，２３２や透過
窓６１２，６２２からの輻射による計測誤差を低減する
構成のガス濃度計測装置にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光照射装置を備えた本発明のガス濃度
計測装置の構成図である。

【図２】上記ガス濃度計測装置の変形例の構成図であ
る。

【図３】本発明の別の光照射装置の要部の構成図であ
る。

【図４】本発明の別のガス濃度計測装置の構成図であ
る。

【図５】（Ａ）は上記ガス濃度計測装置における光源駆
動制御を示すタイムチャートであり、（Ｂ）は上記ガス
濃度計測装置と比較するガス濃度計測装置における光源
駆動制御を示すタイムチャートである。

【図６】上記ガス濃度計測装置における光源駆動制御の
変形例を示すタイムチャートである。

【図７】従来の光照射装置を備えた従来のガス濃度計測
装置の構成図である。

【図８】従来の別の光照射装置を備えた従来の別のガス
濃度計測装置の構成図である。

【符号の説明】

１０光照射装置１１補償セル１２計測セル２５導入管路２６排出管路３１，３２光源アッセンブリ３１ａ，３２ａ，３３ａ光源４，４１，４２ハーフミラー５全反射ミラー６１１，６１２，６２１，６２２透過窓７１，７２光センサ（検出器）８１検出・制御回路８１Ａ検出・制御回路（光源制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩澤方浩愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者橋川淳愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者河津成之愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者渡辺修夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB01 CC20 DD12 EE01 FF08 GG03 GG05 GG08 HH01 JJ13 JJ22 KK03 KK09 MM03 MM05 MM09 MM15 MM17 PP04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一定の指向性を有する複数の光源を有
し、該光源の数をｎとしてｎ系統の光を照射する光照射
装置において、上記光源のうち１つの光源から発せられ
た光が透過する（ｎ−１）個のハーフミラーを具備せし
め、上記１つの光源以外の（ｎ−１）個の光源の光路
を、該光源からの光が上記（ｎ−１）個の光源と１対１
に対応する上記（ｎ−１）個のハーフミラーを透過し、
かつその透過光が上記（ｎ−１）個のハーフミラーにお
ける上記１つの光源の反射光と重畳するように設定し、
上記ｎ系統の光として、（ｎ−１）個の上記透過光の方
向に出射する（ｎ−１）系統の光と、上記（ｎ−１）個
のハーフミラーを透過した上記１つの光源からの光の方
向に出射する１系統の光とを得ることを特徴とする光照
射装置。
【請求項２】筒状に形成され試料ガスが導入される計
測用のセルと、筒状に形成され検出ガスの濃度既知の基
準ガスが封入された補償用のセルと、上記セルごとに設
けられて各セルを透過しその一端から出射する赤外線の
強度を検出する検出器とを有し、上記試料ガス中の検出
ガスの濃度に応じて変化する計測セルの赤外線強度と、
上記基準ガス中の検出ガスの濃度に対応した赤外線強度
との差に基づいて上記試料ガス中の検出ガスの濃度を計
測する赤外線吸収式ガス濃度計測装置であって、請求項
１記載の光照射装置を具備し、該光照射装置は、上記ｎ
系統の光としてｎ系統の赤外線を上記各セルの他端から
セル内に１系統ずつ照射する構成としたことを特徴とす
る赤外線吸収式ガス濃度計測装置。
【請求項３】筒状に形成された１以上のセルと、該セ
ルを透過しその一端から出射する赤外線の強度を検出す
る検出器と、セルの他端からセル内に赤外線を照射する
光源と、該光源への供給電力を制御する光源制御手段と
を具備するとともに、少なくとも１つのセルには試料ガ
スを導入してなり、上記光源制御手段を、計測時には周
期的に供給電力を増減して上記光源からの光量が強弱を
繰り返すように設定し、光源への給電開始の際には平均
供給電力を計測時よりも多くする構成とした赤外線吸収
式ガス濃度計測装置。