JP2001228326A - ファブリペローフィルタ及び赤外線ガス分析計 - Google Patents
ファブリペローフィルタ及び赤外線ガス分析計Info
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- JP2001228326A JP2001228326A JP2000041287A JP2000041287A JP2001228326A JP 2001228326 A JP2001228326 A JP 2001228326A JP 2000041287 A JP2000041287 A JP 2000041287A JP 2000041287 A JP2000041287 A JP 2000041287A JP 2001228326 A JP2001228326 A JP 2001228326A
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 参照光を含めて３つの波長帯域の赤外線を選
択的に透過させるファブリペローフィルタを実現するこ
と。 【解決手段】 基板に設けられた第一ミラーと、この第
一ミラーとの間にギャップを形成し、外力が加えられる
ことにより前記第一ミラーに対して変位可能に対向配置
される第二ミラーと、第一ミラーに設けられる第一電極
と、第二ミラーに設けられ第一電極に対向配置される第
二電極とを有し、第一電極と第二電極との間に電位差を
与えることにより第二ミラーを変位させ、ギャップの長
さを３段階に可変とすることにより赤外線の３つの波長
帯域を選択的に透過させることを可能にしたことを特徴
とするファブリペローフィルタ。
択的に透過させるファブリペローフィルタを実現するこ
と。 【解決手段】 基板に設けられた第一ミラーと、この第
一ミラーとの間にギャップを形成し、外力が加えられる
ことにより前記第一ミラーに対して変位可能に対向配置
される第二ミラーと、第一ミラーに設けられる第一電極
と、第二ミラーに設けられ第一電極に対向配置される第
二電極とを有し、第一電極と第二電極との間に電位差を
与えることにより第二ミラーを変位させ、ギャップの長
さを３段階に可変とすることにより赤外線の３つの波長
帯域を選択的に透過させることを可能にしたことを特徴
とするファブリペローフィルタ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気中などのガス
濃度を、赤外線を用いて測定するガス分析計に使用され
る、波長選択型赤外線検出素子に関するものである。
濃度を、赤外線を用いて測定するガス分析計に使用され
る、波長選択型赤外線検出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガス分析においては、ガスの種類によっ
て吸収される赤外線の波長が異なることを利用し、この
吸収量を検出することによりそのガス濃度を測定する、
非分散赤外線（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆ
ｒａＲｅｄ）ガス分析計（以下、ＮＤＩＲガス分析計と
記す）が使用されている。
て吸収される赤外線の波長が異なることを利用し、この
吸収量を検出することによりそのガス濃度を測定する、
非分散赤外線（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆ
ｒａＲｅｄ）ガス分析計（以下、ＮＤＩＲガス分析計と
記す）が使用されている。
【０００３】図７から図１１は、従来のＮＤＩＲガス分
析計の構成図である。尚、以下においては、赤外線吸収
波長のピークが約４．２５μｍである二酸化炭素を被測
定ガスとして説明する。
析計の構成図である。尚、以下においては、赤外線吸収
波長のピークが約４．２５μｍである二酸化炭素を被測
定ガスとして説明する。
【０００４】図７は、単光線単波長ＮＤＩＲガス分析計
で、ガスが供給されるサンプルセル２０と、光源２１
と、フィルタ２２と、赤外線検出器２３とからなってい
る。この場合、フィルタ２２は、図１２に示すような、
二酸化炭素の吸収特性にあわせてその波長が４．２５μ
ｍ近傍の赤外線を選択して透過させる。そして、赤外線
検出器２３は、フィルタ２２を透過した赤外線を検出す
ることにより、被測定ガスの濃度を測定する、
で、ガスが供給されるサンプルセル２０と、光源２１
と、フィルタ２２と、赤外線検出器２３とからなってい
る。この場合、フィルタ２２は、図１２に示すような、
二酸化炭素の吸収特性にあわせてその波長が４．２５μ
ｍ近傍の赤外線を選択して透過させる。そして、赤外線
検出器２３は、フィルタ２２を透過した赤外線を検出す
ることにより、被測定ガスの濃度を測定する、
【０００５】図８は、単光線２波長比較ＮＤＩＲガス分
析計で、図１３に示すように、二酸化炭素の吸収特性に
合わせたフィルタ２２と、参照光として約３．９μｍ近
傍の波長の赤外線を透過させるフィルタ２４で２波長を
選択し、選択された赤外線は、それぞれ赤外線検出器２
３，２５により検出される。この場合、測定された参照
光の吸収特性との比較によって、光源２１の劣化や、サ
ンプルセル２０の汚れ等による出力信号の経時変化を補
正することができる。
析計で、図１３に示すように、二酸化炭素の吸収特性に
合わせたフィルタ２２と、参照光として約３．９μｍ近
傍の波長の赤外線を透過させるフィルタ２４で２波長を
選択し、選択された赤外線は、それぞれ赤外線検出器２
３，２５により検出される。この場合、測定された参照
光の吸収特性との比較によって、光源２１の劣化や、サ
ンプルセル２０の汚れ等による出力信号の経時変化を補
正することができる。
【０００６】図９は、単光線２波長比較ＮＤＩＲガス分
析計で、円盤２６に形成された二酸化炭素の吸収特性に
合わせたフィルタ２２と、参照光のフィルタ２４で２波
長を選択し、フィルタによって選択された赤外線は、そ
れぞれ赤外線検出器２３により検出される。この場合、
測定された参照光の吸収特性との比較によって、光源２
１の劣化や、サンプルセル２０の汚れ等による出力信号
の経時変化を補正することができる。
析計で、円盤２６に形成された二酸化炭素の吸収特性に
合わせたフィルタ２２と、参照光のフィルタ２４で２波
長を選択し、フィルタによって選択された赤外線は、そ
れぞれ赤外線検出器２３により検出される。この場合、
測定された参照光の吸収特性との比較によって、光源２
１の劣化や、サンプルセル２０の汚れ等による出力信号
の経時変化を補正することができる。
【０００７】図１０は、単光線２波長ファブリペローＮ
ＤＩＲガス分析計で、ファブリペローフィルタ２６を構
成する２つの平行ミラー（図示しない）間のギャップを
可変とすることにより、被測定ガスの吸収特性に合わせ
た波長と参照光の波長との２波長を選択し、選択された
赤外線は、それぞれ赤外線検出器２３により検出され
る。この場合、測定された参照光の吸収特性との比較に
よって、光源２１の劣化や、サンプルセル２０の汚れ等
による出力信号の経時変化を補正することができる。
ＤＩＲガス分析計で、ファブリペローフィルタ２６を構
成する２つの平行ミラー（図示しない）間のギャップを
可変とすることにより、被測定ガスの吸収特性に合わせ
た波長と参照光の波長との２波長を選択し、選択された
赤外線は、それぞれ赤外線検出器２３により検出され
る。この場合、測定された参照光の吸収特性との比較に
よって、光源２１の劣化や、サンプルセル２０の汚れ等
による出力信号の経時変化を補正することができる。
【０００８】図１１は、２光線１波長ＮＤＩＲガス分析
計で、サンプルセル２０中での光路長が異なるように２
つの光源２１，２７を配置し、被測定ガスの吸収特性に
合わせたフィルタ２２を透過して検出された赤外線検出
器２３の出力信号の比率により、サンプルセル２０の汚
れ等による出力信号の経時変化を補正し、被測定ガスの
濃度を測定する。
計で、サンプルセル２０中での光路長が異なるように２
つの光源２１，２７を配置し、被測定ガスの吸収特性に
合わせたフィルタ２２を透過して検出された赤外線検出
器２３の出力信号の比率により、サンプルセル２０の汚
れ等による出力信号の経時変化を補正し、被測定ガスの
濃度を測定する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＮ
ＤＩＲガス分析計においては、被測定ガスに複数の成分
が含まれている場合、その複数の成分の濃度を測定する
ためには、フィルタの枚数を増加させなければならな
ず、分析計のコストが増大するとともに、分析計が大型
化してしまう、という問題点があった。
ＤＩＲガス分析計においては、被測定ガスに複数の成分
が含まれている場合、その複数の成分の濃度を測定する
ためには、フィルタの枚数を増加させなければならな
ず、分析計のコストが増大するとともに、分析計が大型
化してしまう、という問題点があった。
【００１０】本発明は上述した問題点を解決するために
なされたものであり、参照光を含めて３つの波長帯域の
赤外線を選択的に透過させるファブリペローフィルタを
実現することにより、被測定ガスの２成分の濃度を同時
に測定できる赤外線ガス分析計を提供することを目的と
する。
なされたものであり、参照光を含めて３つの波長帯域の
赤外線を選択的に透過させるファブリペローフィルタを
実現することにより、被測定ガスの２成分の濃度を同時
に測定できる赤外線ガス分析計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】本発明の請求項１におい
ては、光源からの赤外線を波長選択的に透過させるファ
ブリペローフィルタにおいて、基板に設けられた第一ミ
ラーと、この第一ミラーとの間にギャップを形成し、外
力が加えられることにより前記第一ミラーに対して変位
可能に対向配置される第二ミラーと、前記第一ミラーに
設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記
第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一
電極と前記第二電極との間に電位差を与えることにより
前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを３段
階に可変とすることにより前記赤外線の３つの波長帯域
を選択的に透過させることを可能にしたことを特徴とす
るファブリペローフィルタである。
ては、光源からの赤外線を波長選択的に透過させるファ
ブリペローフィルタにおいて、基板に設けられた第一ミ
ラーと、この第一ミラーとの間にギャップを形成し、外
力が加えられることにより前記第一ミラーに対して変位
可能に対向配置される第二ミラーと、前記第一ミラーに
設けられる第一電極と、前記第二ミラーに設けられ前記
第一電極に対向配置される第二電極とを有し、前記第一
電極と前記第二電極との間に電位差を与えることにより
前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長さを３段
階に可変とすることにより前記赤外線の３つの波長帯域
を選択的に透過させることを可能にしたことを特徴とす
るファブリペローフィルタである。
【００１２】本発明の請求項２においては、前記第一ミ
ラー及び前記第二ミラーはシリコンであることを特徴と
する請求項１記載のファブリペローフィルタである。
ラー及び前記第二ミラーはシリコンであることを特徴と
する請求項１記載のファブリペローフィルタである。
【００１３】本発明の請求項３においては、前記第一電
極及び前記第二電極は不純物濃度の高いシリコンである
ことを特徴とする請求項１記載のファブリペローフィル
タである。
極及び前記第二電極は不純物濃度の高いシリコンである
ことを特徴とする請求項１記載のファブリペローフィル
タである。
【００１４】本発明の請求項４においては、被測定ガス
に赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波
長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選
択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と
を有し、前記赤外線検出器の出力に基づいて前記被測定
ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、前記
波長選択フィルタは、請求項１から請求項３記載のファ
ブリペローフィルタにより構成されてなることを特徴と
する赤外線ガス分析計である。
に赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波
長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選
択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と
を有し、前記赤外線検出器の出力に基づいて前記被測定
ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、前記
波長選択フィルタは、請求項１から請求項３記載のファ
ブリペローフィルタにより構成されてなることを特徴と
する赤外線ガス分析計である。
【００１５】本発明の請求項５においては、被測定ガス
に赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波
長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選
択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と
を有し、前記赤外線検出器の出力に基づいて前記被測定
ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、前記
波長選択フィルタは、請求項１から請求項３記載のファ
ブリペローフィルタにより構成され、前記赤外線検出器
に先行する光路に配置され、特定帯域のみの波長を透過
させるワイドバンドパスフィルタを具備したことを特徴
とする赤外線ガス分析計である。
に赤外線を照射する光源と、この光源からの赤外線を波
長選択的に透過させる波長選択フィルタと、この波長選
択フィルタを透過した赤外線を検出する赤外線検出器と
を有し、前記赤外線検出器の出力に基づいて前記被測定
ガスの濃度を測定する赤外線ガス分析計において、前記
波長選択フィルタは、請求項１から請求項３記載のファ
ブリペローフィルタにより構成され、前記赤外線検出器
に先行する光路に配置され、特定帯域のみの波長を透過
させるワイドバンドパスフィルタを具備したことを特徴
とする赤外線ガス分析計である。
【００１６】本発明の請求項６においては、前記被測定
ガスは二酸化炭素と水蒸気の２成分を含み、この２成分
の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請求項
５記載の赤外線ガス分析計である。
ガスは二酸化炭素と水蒸気の２成分を含み、この２成分
の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請求項
５記載の赤外線ガス分析計である。
【００１７】本発明の請求項７においては、前記被測定
ガスは二酸化炭素と一酸化炭素の２成分を含み、この２
成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請
求項５記載の赤外線ガス分析計である。
ガスは二酸化炭素と一酸化炭素の２成分を含み、この２
成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請
求項５記載の赤外線ガス分析計である。
【００１８】本発明の請求項８においては、前記被測定
ガスは窒素酸化物と硫黄酸化物の２成分を含み、この２
成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請
求項５記載の赤外線ガス分析計である。
ガスは窒素酸化物と硫黄酸化物の２成分を含み、この２
成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請
求項５記載の赤外線ガス分析計である。
【００１９】本発明の請求項９においては、前記被測定
ガスは二酸化炭素と窒素酸化物の２成分を含み、この２
成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請
求項５記載の赤外線ガス分析計である。
ガスは二酸化炭素と窒素酸化物の２成分を含み、この２
成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び請
求項５記載の赤外線ガス分析計である。
【００２０】本発明の請求項１０においては、前記被測
定ガスは二酸化炭素と硫黄酸化物の２成分を含み、この
２成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び
請求項５記載の赤外線ガス分析計である。
定ガスは二酸化炭素と硫黄酸化物の２成分を含み、この
２成分の濃度を測定することを特徴とする請求項４及び
請求項５記載の赤外線ガス分析計である。
【００２１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図７か
ら図１３と重複する部分は同一番号を付してその説明は
適宜に省略する。図１は本発明の実施例の構成を示す断
面図である。
面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図７か
ら図１３と重複する部分は同一番号を付してその説明は
適宜に省略する。図１は本発明の実施例の構成を示す断
面図である。
【００２２】また、以下においては、図２に示すよう
に、赤外線吸収波長のピークが約４．２５μｍである二
酸化炭素と、図３に示すように、赤外線吸収波長のピー
クが約２．７μｍである水蒸気の２成分が含まれるガス
を被測定ガスとして説明する。
に、赤外線吸収波長のピークが約４．２５μｍである二
酸化炭素と、図３に示すように、赤外線吸収波長のピー
クが約２．７μｍである水蒸気の２成分が含まれるガス
を被測定ガスとして説明する。
【００２３】ファブリペローフィルタは、その中心波長
が、２７００ｎｍ（λ１）〜４２５０ｎｍ（λ２）の波
長範囲内にあり、自由スペクトル領域ＦＳＲが、４２５
０−２７００ｎｍ（λ２−λ１）＝１５５０ｎｍよりも
大きくなるように設計される。
が、２７００ｎｍ（λ１）〜４２５０ｎｍ（λ２）の波
長範囲内にあり、自由スペクトル領域ＦＳＲが、４２５
０−２７００ｎｍ（λ２−λ１）＝１５５０ｎｍよりも
大きくなるように設計される。
【００２４】図１に示したファブリペローフィルタは、
自由スペクトル領域ＦＳＲ＝２０００ｎｍ、半値幅ＨＢ
Ｗ＝１４０ｎｍ、最大透過率Ｔｍａｘ＝８０％、フィネ
スＦｉｎｅｓｓ＝１４として設計されたものである。
自由スペクトル領域ＦＳＲ＝２０００ｎｍ、半値幅ＨＢ
Ｗ＝１４０ｎｍ、最大透過率Ｔｍａｘ＝８０％、フィネ
スＦｉｎｅｓｓ＝１４として設計されたものである。
【００２５】図１において、シリコンの基板１上に酸化
膜２を介して第一ミラー３が形成され、第二ミラー４
は、第一ミラー３上に形成された酸化膜５上に形成され
て第一ミラー３に対向配置されている。
膜２を介して第一ミラー３が形成され、第二ミラー４
は、第一ミラー３上に形成された酸化膜５上に形成され
て第一ミラー３に対向配置されている。
【００２６】そして、第二ミラー４に形成されたエッチ
ング孔６より酸化膜５をエッチングすることにより酸化
膜５の膜厚に相当するギャップｈが第一ミラー３と第二
ミラー４の間に形成され、第二ミラー４は外力が加えら
れることにより第一ミラー３の方向に変位可能となって
いる。
ング孔６より酸化膜５をエッチングすることにより酸化
膜５の膜厚に相当するギャップｈが第一ミラー３と第二
ミラー４の間に形成され、第二ミラー４は外力が加えら
れることにより第一ミラー３の方向に変位可能となって
いる。
【００２７】第一ミラー３及び第二ミラー４は例えば多
結晶シリコンからなり、第一ミラー３の表面には高濃度
の不純物がドープされて第一電極７が形成され、第二ミ
ラー４の表面には高濃度の不純物がドープされて第二電
極８が形成されている。
結晶シリコンからなり、第一ミラー３の表面には高濃度
の不純物がドープされて第一電極７が形成され、第二ミ
ラー４の表面には高濃度の不純物がドープされて第二電
極８が形成されている。
【００２８】そして、第一電極７に外部から通電可能と
する外部電極９が第一電極７に接触して形成され、第二
電極８に外部から通電可能とする外部電極１０が第二電
極８に接触して形成されている。
する外部電極９が第一電極７に接触して形成され、第二
電極８に外部から通電可能とする外部電極１０が第二電
極８に接触して形成されている。
【００２９】この場合、ファブリペローフィルタの中心
波長λは、ギャップｈの長さ、すなわち酸化膜５の膜厚
に相当し、例えば３１００ｎｍである。そして、第一ミ
ラー３は、ファブリペローフィルタの下部ミラーとなる
ため、その光学膜厚はλ／４とする必要があり、この場
合、酸化膜の膜厚は５９２ｎｍ（屈折率１．３０９）、
第一ミラー３及び第二ミラー４の膜厚は２４８ｎｍ（屈
折率３．１２５）となっている。
波長λは、ギャップｈの長さ、すなわち酸化膜５の膜厚
に相当し、例えば３１００ｎｍである。そして、第一ミ
ラー３は、ファブリペローフィルタの下部ミラーとなる
ため、その光学膜厚はλ／４とする必要があり、この場
合、酸化膜の膜厚は５９２ｎｍ（屈折率１．３０９）、
第一ミラー３及び第二ミラー４の膜厚は２４８ｎｍ（屈
折率３．１２５）となっている。
【００３０】次に、動作を説明する。図４（ａ），
（ｂ），（ｃ）は、図１に示したファブリペローフィル
タの動作説明図である。
（ｂ），（ｃ）は、図１に示したファブリペローフィル
タの動作説明図である。
【００３１】第一電極７と第二電極８に、外部電極９と
外部電極１０を介して電位差を与えると、第一電極７と
第二電極８との間に静電吸引力が発生し、第二ミラー４
が第一ミラー３の方向に変位し、ギャップｈの長さが変
化する。この電圧を変化させることにより、被測定ガス
の吸収特性に対応した波長帯域の赤外線を透過させるギ
ャップの長さを得ることができる。
外部電極１０を介して電位差を与えると、第一電極７と
第二電極８との間に静電吸引力が発生し、第二ミラー４
が第一ミラー３の方向に変位し、ギャップｈの長さが変
化する。この電圧を変化させることにより、被測定ガス
の吸収特性に対応した波長帯域の赤外線を透過させるギ
ャップの長さを得ることができる。
【００３２】例えば、図４（ａ）において、電圧を印加
しない初期状態でのギャップｈ（すなわち絶縁層の膜厚
約３１００ｎｍ）を参照光測定状態とした場合、その透
過光量の変化により、光源の経時変化や光学系の汚れの
補正データとすることができる。
しない初期状態でのギャップｈ（すなわち絶縁層の膜厚
約３１００ｎｍ）を参照光測定状態とした場合、その透
過光量の変化により、光源の経時変化や光学系の汚れの
補正データとすることができる。
【００３３】そして、図４（ｂ）に示すように、ギャッ
プｈを約２５９０ｎｍとなるように電位差を調整した場
合は、水蒸気を測定対象とすることができ、図４（ｃ）
に示すように、ギャップｈを約２２７０ｎｍとなるよう
に電位差を調整した場合は、二酸化炭素を測定対象とす
ることができる。
プｈを約２５９０ｎｍとなるように電位差を調整した場
合は、水蒸気を測定対象とすることができ、図４（ｃ）
に示すように、ギャップｈを約２２７０ｎｍとなるよう
に電位差を調整した場合は、二酸化炭素を測定対象とす
ることができる。
【００３４】このように、ギャップｈの長さを３段階に
可変としたので、参照光を含めて３つの波長帯域の赤外
線を選択的に透過させるファブリペローフィルタを実現
することができる。
可変としたので、参照光を含めて３つの波長帯域の赤外
線を選択的に透過させるファブリペローフィルタを実現
することができる。
【００３５】また、被測定ガスに赤外線を照射する光源
と、この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波
長選択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤
外線を検出する赤外線検出器とを有し、赤外線検出器の
出力に基づいて被測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス
分析計において、上述のようなファブリペローフィルタ
を使用した場合、波長選択フィルタの枚数を増加させず
に被測定ガスの２成分の濃度を同時に測定できるため、
赤外線ガス分析計の小型化及び低コスト化を実現するこ
とができる。
と、この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波
長選択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤
外線を検出する赤外線検出器とを有し、赤外線検出器の
出力に基づいて被測定ガスの濃度を測定する赤外線ガス
分析計において、上述のようなファブリペローフィルタ
を使用した場合、波長選択フィルタの枚数を増加させず
に被測定ガスの２成分の濃度を同時に測定できるため、
赤外線ガス分析計の小型化及び低コスト化を実現するこ
とができる。
【００３６】ところで、ファブリペローフィルタは、図
５に示すように、一つのガスに対して複数の波長帯域に
複数の透過ピークを示す。例えば、ギャップｈを２２７
０ｎｍとした二酸化炭素の場合は、４２５０ｎｍ近傍と
２４００ｎｍ近傍、ギャップを２５９０ｎｍとした水蒸
気の場合は、４７００ｎｍ近傍と２７００ｎｍ近傍、ギ
ャップを３１００ｎｍとした参照光の場合は３１００ｎ
ｍ近傍と２２００ｎｍ近傍にピークが存在する。
５に示すように、一つのガスに対して複数の波長帯域に
複数の透過ピークを示す。例えば、ギャップｈを２２７
０ｎｍとした二酸化炭素の場合は、４２５０ｎｍ近傍と
２４００ｎｍ近傍、ギャップを２５９０ｎｍとした水蒸
気の場合は、４７００ｎｍ近傍と２７００ｎｍ近傍、ギ
ャップを３１００ｎｍとした参照光の場合は３１００ｎ
ｍ近傍と２２００ｎｍ近傍にピークが存在する。
【００３７】従って、図６に示すように、赤外線検出器
１４に先行する光路に、例えば２６００ｎｍから４５０
０ｎｍまでの波長を透過し、それ以外の帯域は不透過と
するようなワイドバンドパスフィルタ１２を設けること
により、図５に示すようにギャップｈを２２７０ｎｍと
した二酸化炭素の場合は４２５０ｎｍ近傍のみ、ギャッ
プｈを２５９０ｎｍとした水蒸気の場合は２７００ｎｍ
近傍のみ、ギャップを３１００ｎｍとした参照光の場合
は３１００ｎｍ近傍のみが選択され、各ギャップで一つ
のピークのみを選択させることにより、複数のガスの吸
収量を測定することができる。
１４に先行する光路に、例えば２６００ｎｍから４５０
０ｎｍまでの波長を透過し、それ以外の帯域は不透過と
するようなワイドバンドパスフィルタ１２を設けること
により、図５に示すようにギャップｈを２２７０ｎｍと
した二酸化炭素の場合は４２５０ｎｍ近傍のみ、ギャッ
プｈを２５９０ｎｍとした水蒸気の場合は２７００ｎｍ
近傍のみ、ギャップを３１００ｎｍとした参照光の場合
は３１００ｎｍ近傍のみが選択され、各ギャップで一つ
のピークのみを選択させることにより、複数のガスの吸
収量を測定することができる。
【００３８】尚、図６においては、光源１１とファブリ
ペローフィルタ１３の間の光路にワイドバンドパスフィ
ルタ１２を設けたが、ファブリペローフィルタ１３と赤
外線検出器１４との間の光路にワイドバンドパスフィル
タ１２を設けても良い。
ペローフィルタ１３の間の光路にワイドバンドパスフィ
ルタ１２を設けたが、ファブリペローフィルタ１３と赤
外線検出器１４との間の光路にワイドバンドパスフィル
タ１２を設けても良い。
【００３９】また、本実施例では二酸化炭素と水蒸気の
２成分を測定対象とした場合について説明したが、ファ
ブリペローフィルタの中心波長は２成分の赤外線吸収の
ピークをλ１（短波長）、λ２（長波長）とするとλ１
〜λ２の波長範囲にあり、自由スペクトル領域はλ２−
λ１より大きくなるように設計すれば良いので、例えば
二酸化炭素と一酸化炭素の２成分、窒素酸化物と硫黄酸
化物の２成分、等の組み合わせによる濃度測定も可能で
ある。
２成分を測定対象とした場合について説明したが、ファ
ブリペローフィルタの中心波長は２成分の赤外線吸収の
ピークをλ１（短波長）、λ２（長波長）とするとλ１
〜λ２の波長範囲にあり、自由スペクトル領域はλ２−
λ１より大きくなるように設計すれば良いので、例えば
二酸化炭素と一酸化炭素の２成分、窒素酸化物と硫黄酸
化物の２成分、等の組み合わせによる濃度測定も可能で
ある。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
から請求項３によれば、ギャップの長さを３段階に可変
としたので、参照光を含めて３つの波長帯域の赤外線を
選択的に透過させるファブリペローフィルタを実現する
ことができる。
から請求項３によれば、ギャップの長さを３段階に可変
としたので、参照光を含めて３つの波長帯域の赤外線を
選択的に透過させるファブリペローフィルタを実現する
ことができる。
【００４１】本発明の請求項４によれば、本発明の請求
項１から請求項３記載のファブリペローフィルタを使用
したので、波長選択フィルタの枚数を増加させずに被測
定ガスの２成分の濃度を同時に測定でき、また赤外線ガ
ス分析計の小型化及び低コスト化を実現することができ
る。
項１から請求項３記載のファブリペローフィルタを使用
したので、波長選択フィルタの枚数を増加させずに被測
定ガスの２成分の濃度を同時に測定でき、また赤外線ガ
ス分析計の小型化及び低コスト化を実現することができ
る。
【００４２】本発明の請求項５によれば、本発明の請求
項１から請求項３記載のファブリペロフィルタを使用
し、特定帯域幅のみの赤外線を透過するワイドバンドパ
スフィルタを設けたので、各ギャップで一つのピークの
みを選択させ、複数のガス濃度を測定可能な赤外線ガス
分析計を提供することができる。
項１から請求項３記載のファブリペロフィルタを使用
し、特定帯域幅のみの赤外線を透過するワイドバンドパ
スフィルタを設けたので、各ギャップで一つのピークの
みを選択させ、複数のガス濃度を測定可能な赤外線ガス
分析計を提供することができる。
【００４３】本発明の請求項６によれば、二酸化炭素と
水蒸気の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提供す
ることができる。
水蒸気の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提供す
ることができる。
【００４４】本発明の請求項７によれば、二酸化炭素と
一酸化炭素の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提
供することができる。
一酸化炭素の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提
供することができる。
【００４５】本発明の請求項８によれば、窒素酸化物と
硫黄酸化物の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提
供することができる。
硫黄酸化物の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提
供することができる。
【００４６】本発明の請求項９によれば、二酸化炭素と
窒素酸化物の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提
供することができる。
窒素酸化物の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を提
供することができる。
【００４７】本発明の請求項１０によれば、二酸化炭素
と硫黄酸化物の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を
提供することができる。
と硫黄酸化物の２成分を測定可能な赤外線ガス分析計を
提供することができる。
【００４８】
【図１】本発明の実施例の構成を示す断面図である。
【図２】二酸化炭素の赤外線吸特性図である。
【図３】水蒸気の赤外線吸特性図である。
【図４】本発明の実施例の動作説明図である。
【図５】ファブリペローフィルタの透過特性及びガス吸
収特性図である。
収特性図である。
【図６】本発明の実施例を使用した赤外線ガス分析計の
構成概略図である。
構成概略図である。
【図７】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図８】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図９】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図１０】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図１１】従来のＮＤＩＲガス分析計の構成図である。
【図１２】フィルタの赤外線透過特性、吸収特性図であ
る。
る。
【図１３】フィルタの赤外線透過特性、吸収特性図であ
る。
る。
１ 基板 ３ 第一ミラー ４ 第二ミラー ７ 第一電極 ８ 第二電極 １１ 光源 １２ ワイドバンドパスフィルタ １３ ファブリペローフィルタ １４ 赤外線検出器 ｈ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩岡 秀人 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G020 AA03 BA02 BA12 CA02 CB04 CB42 CC23 CC55 CC65 CD06 CD13 CD22 CD36 2G059 AA01 BB01 CC04 CC05 CC06 CC09 EE01 EE11 HH01 JJ01 KK01 MM01 NN07 2G065 AA04 AB02 AB23 BB30 BC13 CA08 CA25 CA29 DA08 2H048 GA15 GA21 GA25 GA61
Claims (10)
- 【請求項１】 光源からの赤外線を波長選択的に透過さ
せるファブリペローフィルタにおいて、 基板に設けられた第一ミラーと、 この第一ミラーとの間にギャップを形成し、外力が加え
られることにより前記第一ミラーに対して変位可能に対
向配置される第二ミラーと、 前記第一ミラーに設けられる第一電極と、 前記第二ミラーに設けられ前記第一電極に対向配置され
る第二電極とを有し、 前記第一電極と前記第二電極との間に電位差を与えるこ
とにより前記第二ミラーを変位させ、前記ギャップの長
さを３段階に可変とすることにより前記赤外線の３つの
波長帯域を選択的に透過させることを可能にしたことを
特徴とするファブリペローフィルタ。 - 【請求項２】 前記第一ミラー及び前記第二ミラーはシ
リコンであることを特徴とする請求項１記載のファブリ
ペローフィルタ。 - 【請求項３】 前記第一電極及び前記第二電極は不純物
濃度の高いシリコンであることを特徴とする請求項１記
載のファブリペローフィルタ。 - 【請求項４】 被測定ガスに赤外線を照射する光源と、
この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選
択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤外線
を検出する赤外線検出器とを有し、前記赤外線検出器の
出力に基づいて前記被測定ガスの濃度を測定する赤外線
ガス分析計において、 前記波長選択フィルタは、請求項１から請求項３記載の
ファブリペローフィルタにより構成されてなることを特
徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項５】 被測定ガスに赤外線を照射する光源と、
この光源からの赤外線を波長選択的に透過させる波長選
択フィルタと、この波長選択フィルタを透過した赤外線
を検出する赤外線検出器とを有し、前記赤外線検出器の
出力に基づいて前記被測定ガスの濃度を測定する赤外線
ガス分析計において、 前記波長選択フィルタは、請求項１から請求項３記載の
ファブリペローフィルタにより構成され、 前記赤外線検出器に先行する光路に配置され、特定帯域
のみの波長を透過させるワイドバンドパスフィルタを具
備したことを特徴とする赤外線ガス分析計。 - 【請求項６】 前記被測定ガスは二酸化炭素と水蒸気の
２成分を含み、この２成分の濃度を測定することを特徴
とする請求項４及び請求項５記載の赤外線ガス分析計。 - 【請求項７】 前記被測定ガスは二酸化炭素と一酸化炭
素の２成分を含み、この２成分の濃度を測定することを
特徴とする請求項４及び請求項５記載の赤外線ガス分析
計。 - 【請求項８】 前記被測定ガスは窒素酸化物と硫黄酸化
物の２成分を含み、この２成分の濃度を測定することを
特徴とする請求項４及び請求項５記載の赤外線ガス分析
計。 - 【請求項９】 前記被測定ガスは二酸化炭素と窒素酸化
物の２成分を含み、この２成分の濃度を測定することを
特徴とする請求項４及び請求項５記載の赤外線ガス分析
計。 - 【請求項１０】 前記被測定ガスは二酸化炭素と硫黄酸
化物の２成分を含み、この２成分の濃度を測定すること
を特徴とする請求項４及び請求項５記載の赤外線ガス分
析計。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041287A JP4457455B2 (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | ファブリペローフィルタ及び赤外線ガス分析計 |
| US09/777,901 US6590710B2 (en) | 2000-02-18 | 2001-02-05 | Fabry-Perot filter, wavelength-selective infrared detector and infrared gas analyzer using the filter and detector |
| EP01103340A EP1126256A3 (en) | 2000-02-18 | 2001-02-13 | Fabry-Perot filter, wavelength-selective infrared detector and infrared gas analyzer using the filter and detector |
| US10/310,586 US20030116711A1 (en) | 2000-02-18 | 2002-12-05 | Fabry-perot filter, wavelength-selective infrared detector and infrared gas analyzer using the filter and detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000041287A JP4457455B2 (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | ファブリペローフィルタ及び赤外線ガス分析計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001228326A true JP2001228326A (ja) | 2001-08-24 |
| JP4457455B2 JP4457455B2 (ja) | 2010-04-28 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000041287A Expired - Fee Related JP4457455B2 (ja) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | ファブリペローフィルタ及び赤外線ガス分析計 |
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|---|---|
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100453975B1 (ko) * | 2002-10-25 | 2004-10-20 | 전자부품연구원 | 초소형 자기력 구동 패브리-페롯 필터 및 그를 이용한가스 분석 장치 |
| JP2005523749A (ja) * | 2002-04-26 | 2005-08-11 | グラクソ グループ リミテッド | 薬物分配器 |
| JP2008125934A (ja) * | 2006-11-24 | 2008-06-05 | Olympus Corp | 蛍光観察装置 |
| JP2010286291A (ja) * | 2009-06-10 | 2010-12-24 | Hioki Ee Corp | 赤外線分光器および赤外線分光測定装置 |
| WO2013047799A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | 物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスならびにこれらの製造方法 |
| CN103048283A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-04-17 | 姜利军 | 可调滤波器以及非色散气体探测器 |
| CN108287143A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-07-17 | 湖南火神仪器有限公司 | 一种等温式红外碳硫分析气室及红外碳硫分析仪 |
| WO2018230567A1 (ja) * | 2017-06-13 | 2018-12-20 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学フィルタシステム |
| JP2020516336A (ja) * | 2017-03-20 | 2020-06-11 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 自動化された目立たないフィルタ校正を使用した呼吸ガス監視 |
| WO2023062881A1 (ja) | 2021-10-11 | 2023-04-20 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出システム及び電圧決定方法 |
-
2000
- 2000-02-18 JP JP2000041287A patent/JP4457455B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| WO2018230567A1 (ja) * | 2017-06-13 | 2018-12-20 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学フィルタシステム |
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| US11480783B2 (en) | 2017-06-13 | 2022-10-25 | Hamamatsu Photonics K.K. | Optical filter system |
| JP7221200B2 (ja) | 2017-06-13 | 2023-02-13 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光学フィルタシステム |
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| Mark | Traditional NIR instrumentation |
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