JP2002005826A - 光吸収式オゾン濃度計 - Google Patents
光吸収式オゾン濃度計Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 暖気時間を大幅に短縮して高速応答性を有
し、小型及び低価格であって、高精度で信頼性の高い光
吸収式オゾン濃度計を提供する 【解決手段】 光吸収式オゾン濃度計１は、紫外線１２
を発光する固体式ＬＥＤ８と、試料を収納する試料セル
２と、紫外線１２が試料セル２を透過した透過光１３の
強度を検出する検出器１０とを有し、検出器１０による
検出結果から試料セル２内のオゾン濃度を測定する。こ
の固体式ＬＥＤ８は、ダイヤモンド半導体薄膜からなる
ＬＥＤであり、これにより発光された紫外線は、その発
光強度が安定しており、その発光スペクトルは、発光ピ
ークが２４０乃至２７０ｎｍに存在し、その半値幅がオ
ゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い。
し、小型及び低価格であって、高精度で信頼性の高い光
吸収式オゾン濃度計を提供する 【解決手段】 光吸収式オゾン濃度計１は、紫外線１２
を発光する固体式ＬＥＤ８と、試料を収納する試料セル
２と、紫外線１２が試料セル２を透過した透過光１３の
強度を検出する検出器１０とを有し、検出器１０による
検出結果から試料セル２内のオゾン濃度を測定する。こ
の固体式ＬＥＤ８は、ダイヤモンド半導体薄膜からなる
ＬＥＤであり、これにより発光された紫外線は、その発
光強度が安定しており、その発光スペクトルは、発光ピ
ークが２４０乃至２７０ｎｍに存在し、その半値幅がオ
ゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、上水、下水及びし
尿処理、プール・人工温泉用水及び冷却水消毒、食品保
存、養殖・養魚及び飼育場、パルプ工場、自動車並びに
家電製品並びに半導体製造等の分野に使用される光吸収
式オゾン濃度計に関し、特に、紫外線光源として固体発
光素子を使用した光吸収式オゾン濃度計に関する。
尿処理、プール・人工温泉用水及び冷却水消毒、食品保
存、養殖・養魚及び飼育場、パルプ工場、自動車並びに
家電製品並びに半導体製造等の分野に使用される光吸収
式オゾン濃度計に関し、特に、紫外線光源として固体発
光素子を使用した光吸収式オゾン濃度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】オゾンは、その強力な酸化力によって、
殺菌、脱臭、脱色、消毒及び有機物除去等の複合的な効
果を有し、しかも自然分解して酸素に戻り残留しないた
め、環境問題の根本的な解決に役立つ物質として近年大
きな注目を集めており、オゾンの利用は年々その適用域
を広げている。このようなオゾンの利用は、例えば飲料
水、工業用排水、下水、水族館及びプール等の水処理、
工場及び道路等における大気処理、自動車並びに食品等
の分野といった工業的利用等の大規模な利用だけでなく
冷蔵庫及びエアコン等の家電製品等の各家庭内に入る小
規模な利用まで、その利用方法が考えられている。
殺菌、脱臭、脱色、消毒及び有機物除去等の複合的な効
果を有し、しかも自然分解して酸素に戻り残留しないた
め、環境問題の根本的な解決に役立つ物質として近年大
きな注目を集めており、オゾンの利用は年々その適用域
を広げている。このようなオゾンの利用は、例えば飲料
水、工業用排水、下水、水族館及びプール等の水処理、
工場及び道路等における大気処理、自動車並びに食品等
の分野といった工業的利用等の大規模な利用だけでなく
冷蔵庫及びエアコン等の家電製品等の各家庭内に入る小
規模な利用まで、その利用方法が考えられている。
【０００３】このため、産業界においても高濃度及び高
効率のオゾン発生器（オゾンナイザ）の開発が盛んに行
われている。しかしながら、オゾンは強力な酸化作用を
有するため、労働衛生における作業場の許容濃度は０．
１ｐｐｍ（ＴＷＡ８時間平均値、日本産業衛生学会）で
あり、オゾナイザには必ずオゾン濃度計が具備されてい
る。なお、ＴＷＡ（time weighted average）は１日７
〜８時間の労働を基準にした気中の有害物質平均濃度で
ある。
効率のオゾン発生器（オゾンナイザ）の開発が盛んに行
われている。しかしながら、オゾンは強力な酸化作用を
有するため、労働衛生における作業場の許容濃度は０．
１ｐｐｍ（ＴＷＡ８時間平均値、日本産業衛生学会）で
あり、オゾナイザには必ずオゾン濃度計が具備されてい
る。なお、ＴＷＡ（time weighted average）は１日７
〜８時間の労働を基準にした気中の有害物質平均濃度で
ある。
【０００４】従来、このオゾン濃度の測定方法として
は、紫外線吸収法が最も広く使用されており、オゾンが
紫外線領域の２５４ｎｍ付近において最大吸収帯を持つ
ことを利用して、オゾン濃度を求めることができる。こ
のようなオゾン濃度計として低圧水銀ランプを使用した
オゾン濃度計が市販されている。図９は、市販されてい
るオゾン濃度計に使用されている低圧水銀ランプの輝線
スペクトルを示すグラフ図である。図９に示すように、
低圧水銀ランプの輝線スペクトルは、波長２５４ｎｍに
発光ピークを有して、その半値幅は２ｎｍ程度と極めて
鋭い発光スペクトルるとなっている。このような低圧水
銀ランプを使用したオゾン濃度計において、測定レンジ
の拡大を図った光吸収式気相オゾン濃度計が特開平５−
１７２７４３号公報に開示されている。図１０は、その
公報に記載のオゾン濃度計の構成を示す図である。
は、紫外線吸収法が最も広く使用されており、オゾンが
紫外線領域の２５４ｎｍ付近において最大吸収帯を持つ
ことを利用して、オゾン濃度を求めることができる。こ
のようなオゾン濃度計として低圧水銀ランプを使用した
オゾン濃度計が市販されている。図９は、市販されてい
るオゾン濃度計に使用されている低圧水銀ランプの輝線
スペクトルを示すグラフ図である。図９に示すように、
低圧水銀ランプの輝線スペクトルは、波長２５４ｎｍに
発光ピークを有して、その半値幅は２ｎｍ程度と極めて
鋭い発光スペクトルるとなっている。このような低圧水
銀ランプを使用したオゾン濃度計において、測定レンジ
の拡大を図った光吸収式気相オゾン濃度計が特開平５−
１７２７４３号公報に開示されている。図１０は、その
公報に記載のオゾン濃度計の構成を示す図である。
【０００５】図１０に示すように、オゾン濃度計１００
は、気相流体よりオゾンを分解するオゾン分解器１０１
が三方電磁弁１０４を介して測定セル１０６の一端に接
続されており、測定セル１０６の他端は流量計１０８及
びニードルバルブ１０９を介して所定量のガスを吸引す
る吸引ポンプ１１０に接続されている。また、測定セル
１０６は、紫外線光源である低圧水銀ランプ１０２と、
紫外線を検出する検出器１０７との間に配置されてお
り、低圧水銀ランプ１０２と測定セル１０６との間には
紫外線を測定セル１０６と光強度検出器１０５との２方
向に分割するハーフミラー１０３が配置されている。そ
して、これら２つの検出器１０５及び１０７からの信号
を校正変換する演算手段１１３を有するＣＰＵ１１１と
ＣＰＵ１１１により計算されたオゾン濃度を表示する表
示器１１２とを有している。
は、気相流体よりオゾンを分解するオゾン分解器１０１
が三方電磁弁１０４を介して測定セル１０６の一端に接
続されており、測定セル１０６の他端は流量計１０８及
びニードルバルブ１０９を介して所定量のガスを吸引す
る吸引ポンプ１１０に接続されている。また、測定セル
１０６は、紫外線光源である低圧水銀ランプ１０２と、
紫外線を検出する検出器１０７との間に配置されてお
り、低圧水銀ランプ１０２と測定セル１０６との間には
紫外線を測定セル１０６と光強度検出器１０５との２方
向に分割するハーフミラー１０３が配置されている。そ
して、これら２つの検出器１０５及び１０７からの信号
を校正変換する演算手段１１３を有するＣＰＵ１１１と
ＣＰＵ１１１により計算されたオゾン濃度を表示する表
示器１１２とを有している。
【０００６】このオゾン濃度計１００は、測定する試料
をオゾン分解器１０１により分解し、分解したオゾンを
三方電磁弁１０４を介して接続された測定セル１０６に
導く。なお、測定セル１０６に入ったオゾンは、流量計
１０８及びニードルパイプ１０９を介して接続された吸
引ポンプ１１０により、所定量のガスを吸引するガス吸
引ルートを通って排出される。そして、低圧水銀ランプ
１０２から発光された紫外線のうち、ハーフミラー１０
３により分割した一方の紫外線を測定セル１０６へと導
く。この紫外線は、測定セル１０６を透過する際、測定
セル１０６内のオゾンにより吸収を受け、検出器１０７
がこの強度を検出する。また、ハーフミラー１０３によ
り分割した他方の紫外線は光強度検出器１０７へと導か
れ、検出器１０７がこのオゾンの吸収を受けていない紫
外線の強度を検出する。この検出信号１１４と、測定セ
ル１０６を透過しオゾンの吸収を受けた紫外線の強度の
検出信号１１５とをＣＰＵ１１１に入力し、これらの信
号１１４及び１１５を下記の演算手段１１３により校正
演算してオゾン濃度を算出し、その結果を表示器１１２
により表示する。なお、ＣＰＵ１１１には種々の条件１
１６が設定でき、種々の情報１１７を出力することがで
きる。
をオゾン分解器１０１により分解し、分解したオゾンを
三方電磁弁１０４を介して接続された測定セル１０６に
導く。なお、測定セル１０６に入ったオゾンは、流量計
１０８及びニードルパイプ１０９を介して接続された吸
引ポンプ１１０により、所定量のガスを吸引するガス吸
引ルートを通って排出される。そして、低圧水銀ランプ
１０２から発光された紫外線のうち、ハーフミラー１０
３により分割した一方の紫外線を測定セル１０６へと導
く。この紫外線は、測定セル１０６を透過する際、測定
セル１０６内のオゾンにより吸収を受け、検出器１０７
がこの強度を検出する。また、ハーフミラー１０３によ
り分割した他方の紫外線は光強度検出器１０７へと導か
れ、検出器１０７がこのオゾンの吸収を受けていない紫
外線の強度を検出する。この検出信号１１４と、測定セ
ル１０６を透過しオゾンの吸収を受けた紫外線の強度の
検出信号１１５とをＣＰＵ１１１に入力し、これらの信
号１１４及び１１５を下記の演算手段１１３により校正
演算してオゾン濃度を算出し、その結果を表示器１１２
により表示する。なお、ＣＰＵ１１１には種々の条件１
１６が設定でき、種々の情報１１７を出力することがで
きる。
【０００７】このＣＰＵの演算手段１１３は、オゾンの
吸収を受けていない紫外線の強度をＩ0、オゾンの吸収
を受けた紫外線の強度をＩ、変数ｔがｔ＝ｌｎ（Ｉ0／
Ｉ）とすると、求めるオゾン濃度ｘをｘ＝Ｋ0・ｌｎ
｛（Ｄ＋ｔ）／（Ｄ−ｔ）｝（Ｋ0、Ｄは任意の係数）
の変換式により演算を実行して測定データを校正するこ
とにより測定レンジの拡大を図っている。
吸収を受けていない紫外線の強度をＩ0、オゾンの吸収
を受けた紫外線の強度をＩ、変数ｔがｔ＝ｌｎ（Ｉ0／
Ｉ）とすると、求めるオゾン濃度ｘをｘ＝Ｋ0・ｌｎ
｛（Ｄ＋ｔ）／（Ｄ−ｔ）｝（Ｋ0、Ｄは任意の係数）
の変換式により演算を実行して測定データを校正するこ
とにより測定レンジの拡大を図っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オゾン濃度計においては、紫外線光源に低圧水銀ランプ
を使用しているため、第１に通電後、紫外線の発光強度
が安定するまでに２０分程度の暖気時間が必要であるこ
と、第２に発光強度のちらつき（ジッタリング）がある
ため、精度が良くないこと等の問題点がある。発光強度
の精度を上げるためには、発光強度をモニターして補正
するシステムが別途必要となるため、装置が大型化かつ
高コスト化してしまう。更に、発光強度をモニタするの
にサンプリング時間が必要となり、高速応答性に限界が
ある。
オゾン濃度計においては、紫外線光源に低圧水銀ランプ
を使用しているため、第１に通電後、紫外線の発光強度
が安定するまでに２０分程度の暖気時間が必要であるこ
と、第２に発光強度のちらつき（ジッタリング）がある
ため、精度が良くないこと等の問題点がある。発光強度
の精度を上げるためには、発光強度をモニターして補正
するシステムが別途必要となるため、装置が大型化かつ
高コスト化してしまう。更に、発光強度をモニタするの
にサンプリング時間が必要となり、高速応答性に限界が
ある。
【０００９】また、このような原因により、既存のオゾ
ン濃度計はシステムが複雑になっており、従って、高価
で大型であるという問題点もある。
ン濃度計はシステムが複雑になっており、従って、高価
で大型であるという問題点もある。
【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、暖気時間を大幅に短縮して高速応答性を有
し、小型及び低価格であって、高精度で信頼性の高い光
吸収式オゾン濃度計を提供することを目的とする。
のであって、暖気時間を大幅に短縮して高速応答性を有
し、小型及び低価格であって、高精度で信頼性の高い光
吸収式オゾン濃度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】本発明に係る光吸収式オ
ゾン濃度計は、紫外線を発光する紫外線光源と、試料を
収納する試料セルと、前記試料セルを透過した前記紫外
線の強度を検出する検出器とを有し、前記紫外線光源は
発光ピークが２４０乃至２７０ｎｍに存在して半値幅が
オゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い発光スペク
トルの紫外線を発光する固体発光素子を有し、前記検出
器の検出結果から前記試料セル内のオゾン濃度を測定す
るものであることを特徴とする。
ゾン濃度計は、紫外線を発光する紫外線光源と、試料を
収納する試料セルと、前記試料セルを透過した前記紫外
線の強度を検出する検出器とを有し、前記紫外線光源は
発光ピークが２４０乃至２７０ｎｍに存在して半値幅が
オゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い発光スペク
トルの紫外線を発光する固体発光素子を有し、前記検出
器の検出結果から前記試料セル内のオゾン濃度を測定す
るものであることを特徴とする。
【００１２】また、この光吸収式オゾン濃度計は、前記
紫外線の発光スペクトルの最短波長及び最長波長を夫々
λ1及びλ2、前記紫外線の発光ピークをＩ（peak）、波
長λに対する紫外線の強度をＩ（λ）、波長λに対する
前記オゾンの吸収係数をα（λ）としたとき、紫外線領
域におけるオゾンの実効的な吸収係数αeffを、下記数
式により算出し、前記試料セルの長さをＬとしたとき、
前記検出器にて検出された紫外線のうち前記試料セルに
てオゾンによる吸収を受けた紫外線の強度Ｉとオゾンに
よる吸収を受けていない紫外線の強度Ｉ0とから前記試
料セル内のオゾン濃度ｃを、下記数式から算出すること
ができる。
紫外線の発光スペクトルの最短波長及び最長波長を夫々
λ1及びλ2、前記紫外線の発光ピークをＩ（peak）、波
長λに対する紫外線の強度をＩ（λ）、波長λに対する
前記オゾンの吸収係数をα（λ）としたとき、紫外線領
域におけるオゾンの実効的な吸収係数αeffを、下記数
式により算出し、前記試料セルの長さをＬとしたとき、
前記検出器にて検出された紫外線のうち前記試料セルに
てオゾンによる吸収を受けた紫外線の強度Ｉとオゾンに
よる吸収を受けていない紫外線の強度Ｉ0とから前記試
料セル内のオゾン濃度ｃを、下記数式から算出すること
ができる。
【００１３】 ｃ（ｐｐｍ）＝（１０6／（αeff・Ｌ））ｌｎ（Ｉ0／
Ｉ）
Ｉ）
【００１４】本発明においては、紫外線光源として固体
発光素子を使用することにより、光源を長寿命化し、装
置を小型化することができ、従来のオゾン濃度計に必要
であった暖気時間を短縮することができるため、液体又
は気体試料の測定を簡便にすることができる。また、固
体発光素子を使用することにより、発光強度が安定し、
発光強度をモニタして補正するシステムが必要なくな
り、測定装置を更に小型化し、低コスト化することがで
きる。更に、光源に使用する紫外線発光スペクトルが２
２０乃至３００ｎｍの領域に存在し、その半値幅がオゾ
ンの吸収スペクトルの半値幅より小さく、紫外線が全て
オゾンによって吸収を受ける波長領域に存在するため、
これを光源とするとダイナミックレンジを大きくとるこ
とができると共に高精度のオゾン濃度計を得ることがで
きる。
発光素子を使用することにより、光源を長寿命化し、装
置を小型化することができ、従来のオゾン濃度計に必要
であった暖気時間を短縮することができるため、液体又
は気体試料の測定を簡便にすることができる。また、固
体発光素子を使用することにより、発光強度が安定し、
発光強度をモニタして補正するシステムが必要なくな
り、測定装置を更に小型化し、低コスト化することがで
きる。更に、光源に使用する紫外線発光スペクトルが２
２０乃至３００ｎｍの領域に存在し、その半値幅がオゾ
ンの吸収スペクトルの半値幅より小さく、紫外線が全て
オゾンによって吸収を受ける波長領域に存在するため、
これを光源とするとダイナミックレンジを大きくとるこ
とができると共に高精度のオゾン濃度計を得ることがで
きる。
【００１５】本発明に係る他の光吸収式オゾン濃度計
は、容器と、前記容器に収納され紫外線を発光する紫外
線光源と、前記容器内に外部の物質を導入する手段と、
前記容器に収納され前記外部の物質を透過した前記紫外
線の強度を検出する検出器とを有し、前記紫外線光源は
発光ピークが２４０乃至２７０ｎｍに存在して半値幅が
オゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い発光スペク
トルの紫外線を発光する固体発光素子を有し、前記検出
器の検出結果から前記外部物質のオゾン濃度を測定する
ものであることを特徴とする。
は、容器と、前記容器に収納され紫外線を発光する紫外
線光源と、前記容器内に外部の物質を導入する手段と、
前記容器に収納され前記外部の物質を透過した前記紫外
線の強度を検出する検出器とを有し、前記紫外線光源は
発光ピークが２４０乃至２７０ｎｍに存在して半値幅が
オゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い発光スペク
トルの紫外線を発光する固体発光素子を有し、前記検出
器の検出結果から前記外部物質のオゾン濃度を測定する
ものであることを特徴とする。
【００１６】また、この光吸収式オゾン濃度計は、前記
紫外線の発光スペクトルの最短波長及び最長波長を夫々
λ1及びλ2、前記紫外線の発光ピークをＩ（peak）、波
長λに対する紫外線の強度をＩ（λ）、波長λに対する
前記オゾンの吸収係数をα（λ）としたとき、オゾンに
よる紫外線領域の実効的な吸収係数αeffを、下記数式
により算出し、前記紫外線光源と前記検出器との間の長
さをＬとしたとき、前記検出器にて検出された前記外部
物質によりオゾンの吸収を受けた紫外線の強度Ｉと、オ
ゾンによる吸収を受けていない紫外線の強度Ｉ0とから
前記センサ部に導入された物質のオゾン濃度ｃを下記数
式により算出することができる。
紫外線の発光スペクトルの最短波長及び最長波長を夫々
λ1及びλ2、前記紫外線の発光ピークをＩ（peak）、波
長λに対する紫外線の強度をＩ（λ）、波長λに対する
前記オゾンの吸収係数をα（λ）としたとき、オゾンに
よる紫外線領域の実効的な吸収係数αeffを、下記数式
により算出し、前記紫外線光源と前記検出器との間の長
さをＬとしたとき、前記検出器にて検出された前記外部
物質によりオゾンの吸収を受けた紫外線の強度Ｉと、オ
ゾンによる吸収を受けていない紫外線の強度Ｉ0とから
前記センサ部に導入された物質のオゾン濃度ｃを下記数
式により算出することができる。
【００１７】 ｃ（ｐｐｍ）＝（１０6／（αeff・Ｌ））ｌｎ（Ｉ0／
Ｉ）
Ｉ）
【００１８】本発明においては、固体発光素子を使用す
ることにより、発光強度が安定し、発光強度をモニタし
て補正するシステムが必要なくなり、測定装置を小型化
及び低コスト化すると共に、固体発光素子、検出器及び
測定する物質を１つの容器内に収納し一体化して装置を
更に小型化することにより、極めて狭い領域にも装置を
投げ込み、その領域にある液体又は気体からなる物質の
オゾン濃度を測定することができる。また、使用する紫
外線の発光スペクトルが２２０乃至３００ｎｍの領域に
存在し、その半値幅がオゾンの吸収スペクトルの半値幅
より小さく、紫外線が全てオゾンによって吸収を受ける
波長領域に存在するため、オゾン濃度計のダイナミック
レンジを大きくとることができる。
ることにより、発光強度が安定し、発光強度をモニタし
て補正するシステムが必要なくなり、測定装置を小型化
及び低コスト化すると共に、固体発光素子、検出器及び
測定する物質を１つの容器内に収納し一体化して装置を
更に小型化することにより、極めて狭い領域にも装置を
投げ込み、その領域にある液体又は気体からなる物質の
オゾン濃度を測定することができる。また、使用する紫
外線の発光スペクトルが２２０乃至３００ｎｍの領域に
存在し、その半値幅がオゾンの吸収スペクトルの半値幅
より小さく、紫外線が全てオゾンによって吸収を受ける
波長領域に存在するため、オゾン濃度計のダイナミック
レンジを大きくとることができる。
【００１９】また、これらの光吸収式オゾン濃度計は、
前記固体発光素子がパルス駆動されるか、又は前記固体
発光素子から発光される紫外線が輝度変調されるかして
前記検出器により前記紫外線の強度を同期検波すること
によりオゾン濃度を測定することができ、外乱に強く高
速応答性を有する装置を得ることができる。
前記固体発光素子がパルス駆動されるか、又は前記固体
発光素子から発光される紫外線が輝度変調されるかして
前記検出器により前記紫外線の強度を同期検波すること
によりオゾン濃度を測定することができ、外乱に強く高
速応答性を有する装置を得ることができる。
【００２０】更に、固体発光素子が不純物としてホウ素
を添加したダイヤモンド半導体を有する発光素子であっ
て、そのホウ素の原子密度を１×１０20ｃｍ-3乃至３×
１０ 22ｃｍ-3とすることにより、発光スペクトルが２２
０乃至３００ｎｍの領域に存在し、その発光ピークが波
長２４８ｎｍ付近であって、その半値幅がオゾンの吸収
スペクトルの半値幅より小さい紫外線発光スペクトルを
得ることができる。
を添加したダイヤモンド半導体を有する発光素子であっ
て、そのホウ素の原子密度を１×１０20ｃｍ-3乃至３×
１０ 22ｃｍ-3とすることにより、発光スペクトルが２２
０乃至３００ｎｍの領域に存在し、その発光ピークが波
長２４８ｎｍ付近であって、その半値幅がオゾンの吸収
スペクトルの半値幅より小さい紫外線発光スペクトルを
得ることができる。
【００２１】更に、前記固体発光素子は、ダイヤモンド
半導体薄膜と、このダイヤモンド薄膜上に形成された高
抵抗ダイヤモンド薄膜と、この高抵抗ダイヤモンド薄膜
上に形成された金属電極とを有するものとすることがで
きる。
半導体薄膜と、このダイヤモンド薄膜上に形成された高
抵抗ダイヤモンド薄膜と、この高抵抗ダイヤモンド薄膜
上に形成された金属電極とを有するものとすることがで
きる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明について添付の図面
を参照して具体的に説明する。本願発明者等は、上述の
課題を解決すべく鋭意実験研究した結果、オゾンの紫外
線吸収帯にほぼ一致する紫外線発光がダイヤモンド半導
体薄膜を使用した固体電子素子から得られることを見知
した。
を参照して具体的に説明する。本願発明者等は、上述の
課題を解決すべく鋭意実験研究した結果、オゾンの紫外
線吸収帯にほぼ一致する紫外線発光がダイヤモンド半導
体薄膜を使用した固体電子素子から得られることを見知
した。
【００２３】本発明において紫外線光源の固体発光素子
として使用するダイヤモンド薄膜を使用した固体電子素
子（以下、固体式紫外線発光素子という。）は、その発
光スペクトルを２２０乃至３００ｎｍの範囲に有するこ
とを特徴としている。従来、このような短波長の領域に
発光スペクトルを有する固体紫式紫外線発光素子は報告
されていないが、本願発明者等は半導体ダイヤモンド薄
膜を使用することにより、２２０乃至３００ｎｍの領域
に発光領域を有する固体式紫外線発光素子として、発光
ダイオード（light emitting diode（ＬＥＤ））を作成
することに成功し、このＬＥＤを光吸収式オゾン濃度計
の紫外線光源として使用すれば、従来の低圧水銀ランプ
と比較して素子の小型化、高速応答化及び高精度化等が
できることを見い出した。
として使用するダイヤモンド薄膜を使用した固体電子素
子（以下、固体式紫外線発光素子という。）は、その発
光スペクトルを２２０乃至３００ｎｍの範囲に有するこ
とを特徴としている。従来、このような短波長の領域に
発光スペクトルを有する固体紫式紫外線発光素子は報告
されていないが、本願発明者等は半導体ダイヤモンド薄
膜を使用することにより、２２０乃至３００ｎｍの領域
に発光領域を有する固体式紫外線発光素子として、発光
ダイオード（light emitting diode（ＬＥＤ））を作成
することに成功し、このＬＥＤを光吸収式オゾン濃度計
の紫外線光源として使用すれば、従来の低圧水銀ランプ
と比較して素子の小型化、高速応答化及び高精度化等が
できることを見い出した。
【００２４】なお、本実施例においては、半導体ダイヤ
モンド薄膜を使用した紫外線ＬＥＤを光源とした場合に
ついて説明するが、これは、ダイヤモンドを使用したレ
ーザ又は他の半導体材料の使用を排除するものではな
い。
モンド薄膜を使用した紫外線ＬＥＤを光源とした場合に
ついて説明するが、これは、ダイヤモンドを使用したレ
ーザ又は他の半導体材料の使用を排除するものではな
い。
【００２５】図１は本発明の第１の実施例に係る光吸収
式オゾン濃度計の構成を示す模式図である。図１に示す
ように、光吸収式オゾン濃度計１の試料セル２は、その
試料入口２ａが三方電磁弁３を介して、一方のみオゾン
分解器４に接続しており、試料導入口（図示せず）から
導入されたオゾン含有した試料ガス又は試料水、あるい
は試料導入口からオゾン分解器４を通過してオゾンフリ
ーとなった試料ガス又は試料水が試料セル２へ導かれる
ように構成されている。試料セル２の試料出口２ｂは流
量計５及びニードルバルブ６を介して吸引ポンプ７に接
続され、一定流量の試料ガス又は試料水が試料セル２を
通過するように吸引されている。
式オゾン濃度計の構成を示す模式図である。図１に示す
ように、光吸収式オゾン濃度計１の試料セル２は、その
試料入口２ａが三方電磁弁３を介して、一方のみオゾン
分解器４に接続しており、試料導入口（図示せず）から
導入されたオゾン含有した試料ガス又は試料水、あるい
は試料導入口からオゾン分解器４を通過してオゾンフリ
ーとなった試料ガス又は試料水が試料セル２へ導かれる
ように構成されている。試料セル２の試料出口２ｂは流
量計５及びニードルバルブ６を介して吸引ポンプ７に接
続され、一定流量の試料ガス又は試料水が試料セル２を
通過するように吸引されている。
【００２６】紫外線光源はダイヤモンド薄膜を使用した
固体式紫外線発光素子８（以下、固体式ＬＥＤとい
う。）を有し、パルス電圧を出力するパルス電源９及び
電流計１０に接続され、パルス電源９より出力されたパ
ルス電圧によりパルス的な発光が行われる。このパルス
発光に同期して、試料セル２の固体式ＬＥＤ８とは反対
側に設けられた検出器１１にて固体式ＬＥＤ８により発
光され試料セル２を透過した透過光１３の強度が検出さ
れる。また、電流計１０により電流を測定し、固体式Ｌ
ＥＤ８に印加される電圧が適切に制御されている。検出
器１１はＣＰＵ１４に接続されており、検出器１１によ
って透過光１３を光電変換し、その検出信号１５がＣＰ
Ｕ１４にてオゾン濃度に変換され、このＣＰＵ１４に接
続した表示部１２によりこのオゾン濃度が表示される。
固体式紫外線発光素子８（以下、固体式ＬＥＤとい
う。）を有し、パルス電圧を出力するパルス電源９及び
電流計１０に接続され、パルス電源９より出力されたパ
ルス電圧によりパルス的な発光が行われる。このパルス
発光に同期して、試料セル２の固体式ＬＥＤ８とは反対
側に設けられた検出器１１にて固体式ＬＥＤ８により発
光され試料セル２を透過した透過光１３の強度が検出さ
れる。また、電流計１０により電流を測定し、固体式Ｌ
ＥＤ８に印加される電圧が適切に制御されている。検出
器１１はＣＰＵ１４に接続されており、検出器１１によ
って透過光１３を光電変換し、その検出信号１５がＣＰ
Ｕ１４にてオゾン濃度に変換され、このＣＰＵ１４に接
続した表示部１２によりこのオゾン濃度が表示される。
【００２７】このように構成された光吸収式オゾン濃度
計１の動作について説明する。先ず、試料導入口から試
料ガス又は試料水を導入し、オゾン分解器４にて試料ガ
ス又は試料水内のオゾンを除去する。そして、オゾンフ
リーとなった試料ガス又は試料水を試料入口２ａから試
料セル２内へ導入する。この試料セル２に固体式ＬＥＤ
８より発光された紫外線１２を透過し、試料セル２内の
オゾンフリーの試料ガス又は試料水を透過した透過光１
３の強度Ｉ0を検出器１１によって計検出する。続い
て、三方電磁弁３を切替え、オゾン分解器４を通過せず
に、オゾンを含有したままの状態の試料ガス又は試料水
を試料セル２内へ導入する。この試料セル２に固体式Ｌ
ＥＤ８より発光された紫外線１２を透過すると、試料ガ
ス又は試料水に含まれるオゾンにより紫外線１２が吸収
を受け、この透過光１３の強度Ｉを検出器１１によって
検出する。そして検出された透過光１３の強度Ｉ0及び
強度Ｉの検出信号１５を検出器１１からＣＰＵ１４へ送
り、ここで強度Ｉ0及び強度Ｉを後述する返還式にてオ
ゾン濃度ｃに変換し、これを表示器１６により表示す
る。なお、試料セル２へ導かれた試料ガス及び試料水
は、試料出口２ｂから吸引ポンプ７により一定流量吸引
され、流量計５及びニードルパイプを通って排出されて
いる。
計１の動作について説明する。先ず、試料導入口から試
料ガス又は試料水を導入し、オゾン分解器４にて試料ガ
ス又は試料水内のオゾンを除去する。そして、オゾンフ
リーとなった試料ガス又は試料水を試料入口２ａから試
料セル２内へ導入する。この試料セル２に固体式ＬＥＤ
８より発光された紫外線１２を透過し、試料セル２内の
オゾンフリーの試料ガス又は試料水を透過した透過光１
３の強度Ｉ0を検出器１１によって計検出する。続い
て、三方電磁弁３を切替え、オゾン分解器４を通過せず
に、オゾンを含有したままの状態の試料ガス又は試料水
を試料セル２内へ導入する。この試料セル２に固体式Ｌ
ＥＤ８より発光された紫外線１２を透過すると、試料ガ
ス又は試料水に含まれるオゾンにより紫外線１２が吸収
を受け、この透過光１３の強度Ｉを検出器１１によって
検出する。そして検出された透過光１３の強度Ｉ0及び
強度Ｉの検出信号１５を検出器１１からＣＰＵ１４へ送
り、ここで強度Ｉ0及び強度Ｉを後述する返還式にてオ
ゾン濃度ｃに変換し、これを表示器１６により表示す
る。なお、試料セル２へ導かれた試料ガス及び試料水
は、試料出口２ｂから吸引ポンプ７により一定流量吸引
され、流量計５及びニードルパイプを通って排出されて
いる。
【００２８】このように構成された第１の実施例におい
ては、光吸収式オゾン濃度計１に、紫外線光源として固
体式紫外線発光素子を使用しているため、従来使用され
ている低圧水銀ランプと比較して、光源及び検出部を一
体化できる等、装置の小型化ができると共に光源が長寿
命化する。
ては、光吸収式オゾン濃度計１に、紫外線光源として固
体式紫外線発光素子を使用しているため、従来使用され
ている低圧水銀ランプと比較して、光源及び検出部を一
体化できる等、装置の小型化ができると共に光源が長寿
命化する。
【００２９】また、光吸収式オゾン濃度計１は、光源の
固体式ＬＥＤ８による紫外線は、放電発光に見られるよ
うなちらつきが少ないため、輝度のバラツキがなく、発
光強度が安定しており、固体式ＬＥＤ８に流す電流を制
御することにより輝度を一定値に維持することができる
ため、従来の低圧水銀ランプでは必要であった輝度変動
を補正するための発光強度モニタ及び発光強度を補正す
るシステムを設ける必要がなく、装置を小型化及び低コ
スト化することができる。
固体式ＬＥＤ８による紫外線は、放電発光に見られるよ
うなちらつきが少ないため、輝度のバラツキがなく、発
光強度が安定しており、固体式ＬＥＤ８に流す電流を制
御することにより輝度を一定値に維持することができる
ため、従来の低圧水銀ランプでは必要であった輝度変動
を補正するための発光強度モニタ及び発光強度を補正す
るシステムを設ける必要がなく、装置を小型化及び低コ
スト化することができる。
【００３０】更に、光吸収式オゾン濃度計１は、駆動後
すぐに固体式ＬＥＤ８による発光スペクトルの輝度が安
定するため、低圧水銀ランプを使用したものと比較する
と測定するまでの時間を大幅に短縮することができる。
従って、このオゾン濃度計１は高速応答性を有すると共
に装置としての取り扱いが簡便である。
すぐに固体式ＬＥＤ８による発光スペクトルの輝度が安
定するため、低圧水銀ランプを使用したものと比較する
と測定するまでの時間を大幅に短縮することができる。
従って、このオゾン濃度計１は高速応答性を有すると共
に装置としての取り扱いが簡便である。
【００３１】更にまた、固体式ＬＥＤ８が固体素子であ
り、電流変化に対する発光強度の追随が極めて迅速であ
るため、この固体式ＬＥＤ８をパルスにより駆動するか
又は固体式ＬＥＤ８に流す電流に変調を加え、検出器に
て透過してきた紫外線の強度を同期検波することによ
り、外乱の影響を受けない信頼性の高いオゾン濃度測定
が可能になる。
り、電流変化に対する発光強度の追随が極めて迅速であ
るため、この固体式ＬＥＤ８をパルスにより駆動するか
又は固体式ＬＥＤ８に流す電流に変調を加え、検出器に
て透過してきた紫外線の強度を同期検波することによ
り、外乱の影響を受けない信頼性の高いオゾン濃度測定
が可能になる。
【００３２】次に、半導体ダイヤモンド薄膜を使用した
固体式ＬＥＤ８について更に詳しく説明する。ダイヤモ
ンドは、そのバンドギャップが５．４７ｅＶ（波長に換
算すると２２６ｎｍ）と大きいため、紫外域の発光及び
受光用電子素子として期待されていたが、間接遷移型半
導体であるため、従来、固体式紫外線発光素子としてオ
ゾン濃度計には使用されていなかった。しかしながら、
本願発明者等は半導体ダイヤモンド薄膜を使用したダイ
オードからの紫外線の発光が可能であることを見出すと
共に、この素子をオゾン濃度計の紫外線光源として利用
すれば、従来の低水銀灯を使用したオゾン濃度計と比較
して、サイズ、コスト、寿命及び信頼性等のパフォーマ
ンスが優れたオゾン濃度計を得ることができるというこ
とを知見した。
固体式ＬＥＤ８について更に詳しく説明する。ダイヤモ
ンドは、そのバンドギャップが５．４７ｅＶ（波長に換
算すると２２６ｎｍ）と大きいため、紫外域の発光及び
受光用電子素子として期待されていたが、間接遷移型半
導体であるため、従来、固体式紫外線発光素子としてオ
ゾン濃度計には使用されていなかった。しかしながら、
本願発明者等は半導体ダイヤモンド薄膜を使用したダイ
オードからの紫外線の発光が可能であることを見出すと
共に、この素子をオゾン濃度計の紫外線光源として利用
すれば、従来の低水銀灯を使用したオゾン濃度計と比較
して、サイズ、コスト、寿命及び信頼性等のパフォーマ
ンスが優れたオゾン濃度計を得ることができるというこ
とを知見した。
【００３３】図２は、紫外線発光素子を示す模式的断面
図である。図２に示すように、半導体ダイヤモンド紫外
線発光素子２０は、Ｐｔ、Ｉｒ又は低抵抗Ｓｉ等の導電
性基板２１上に積層されたホウ素を添加したｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜２２と、更にその上に積層されたアン
ドープのダイヤモンド薄膜２３とにより構成されてい
る。そして、アンドープダイヤモンド層２３上に金等か
らなる金属電極２４が形成されている。このように構成
された紫外線発光素子２０は、導電性基板２１を接地し
て、金属電極２４に負の電圧を印加することにより、２
４８ｎｍ（５．００ｅＶ）付近に鋭い発光ピークを有す
る紫外線を観測することができる。
図である。図２に示すように、半導体ダイヤモンド紫外
線発光素子２０は、Ｐｔ、Ｉｒ又は低抵抗Ｓｉ等の導電
性基板２１上に積層されたホウ素を添加したｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜２２と、更にその上に積層されたアン
ドープのダイヤモンド薄膜２３とにより構成されてい
る。そして、アンドープダイヤモンド層２３上に金等か
らなる金属電極２４が形成されている。このように構成
された紫外線発光素子２０は、導電性基板２１を接地し
て、金属電極２４に負の電圧を印加することにより、２
４８ｎｍ（５．００ｅＶ）付近に鋭い発光ピークを有す
る紫外線を観測することができる。
【００３４】次に、ダイヤモンド薄膜紫外線発光素子の
製造方法について説明する。先ず、Ｐｔ（１１１）基板
２１を、例えば、１５乃至３０μｍ程度の粒径を有する
ダイヤモンド砥粒を入れたアルコールの中に入れ、５乃
至１０分程度の超音波傷付処理を行う。その後、このＰ
ｔ基板２１に無機材研型のマイクロ波プラズマ気相合成
装置を使用して、例えば１０μｍ程度のホウ素を添加し
たｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２２を堆積する。このｐ
型半導体ダイヤモンド薄膜２２の気相合成に使用するガ
スは、例えば、メタンが０．３％、水素が９９．７％で
あって、ドーピングガスとしてジボラン７．５ｐｐｍ
（ガス中のＢの原子濃度と炭素の原子濃度の比Ｂ／Ｃは
５０００ｐｐｍ）を添加したものを使用することができ
る。そして、合成時のガス圧力は５０Ｔｏｒｒ、基板温
度が８７５℃として、例えば５０時間の合成を行う。続
いて、アンドープダイヤモンド合成用のマイクロ波プラ
ズマ気相合成装置を使用して、例えば、メタンが０．３
％、水素が９９．７％、合成ガスの圧力が５０Ｔｏｒ
ｒ、基板温度が８７５℃として、１時間程度の成膜を行
う。これにより、膜厚が約０．２μｍのアンドープダイ
ヤモンド薄膜２３をｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２２上
に積層する。続いて、アンドープダイヤモンド薄膜２３
に、例えば１００Å程度の極薄の金電極２４を蒸着して
形成する。
製造方法について説明する。先ず、Ｐｔ（１１１）基板
２１を、例えば、１５乃至３０μｍ程度の粒径を有する
ダイヤモンド砥粒を入れたアルコールの中に入れ、５乃
至１０分程度の超音波傷付処理を行う。その後、このＰ
ｔ基板２１に無機材研型のマイクロ波プラズマ気相合成
装置を使用して、例えば１０μｍ程度のホウ素を添加し
たｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２２を堆積する。このｐ
型半導体ダイヤモンド薄膜２２の気相合成に使用するガ
スは、例えば、メタンが０．３％、水素が９９．７％で
あって、ドーピングガスとしてジボラン７．５ｐｐｍ
（ガス中のＢの原子濃度と炭素の原子濃度の比Ｂ／Ｃは
５０００ｐｐｍ）を添加したものを使用することができ
る。そして、合成時のガス圧力は５０Ｔｏｒｒ、基板温
度が８７５℃として、例えば５０時間の合成を行う。続
いて、アンドープダイヤモンド合成用のマイクロ波プラ
ズマ気相合成装置を使用して、例えば、メタンが０．３
％、水素が９９．７％、合成ガスの圧力が５０Ｔｏｒ
ｒ、基板温度が８７５℃として、１時間程度の成膜を行
う。これにより、膜厚が約０．２μｍのアンドープダイ
ヤモンド薄膜２３をｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２２上
に積層する。続いて、アンドープダイヤモンド薄膜２３
に、例えば１００Å程度の極薄の金電極２４を蒸着して
形成する。
【００３５】本願発明者等は、このようにして製造した
半導体ダイヤモンド紫外線発光素子２０のＰｔ基板２１
をアース電位にし、ワイヤボンディングにより接続した
金電極２４に−３０Ｖの電圧を印加したところ、２４６
ｎｍに鋭いピークを有する紫外線発光を観測することに
成功し、このカソードルミネッセンスの測定により、こ
の紫外線発光はホウ素を添加したｐ型半導体ダイヤモン
ド薄膜２２からのものであることを確認した。また、本
願発明者等は、この紫外線発光がｐ型半導体ダイヤモン
ド薄膜２２内のホウ素のドーピング量に大きく依存して
おり、ホウ素の原子密度が１×１０20ｃｍ-3以上になる
と紫外線発光が観測されるようになるが、ダイヤモンド
構造を維持したまま取り込むことができるホウ素量には
上限があるため、ホウ素の原子密度は３×１０22ｃｍ-3
以下であることが必要であるということを見知した。
半導体ダイヤモンド紫外線発光素子２０のＰｔ基板２１
をアース電位にし、ワイヤボンディングにより接続した
金電極２４に−３０Ｖの電圧を印加したところ、２４６
ｎｍに鋭いピークを有する紫外線発光を観測することに
成功し、このカソードルミネッセンスの測定により、こ
の紫外線発光はホウ素を添加したｐ型半導体ダイヤモン
ド薄膜２２からのものであることを確認した。また、本
願発明者等は、この紫外線発光がｐ型半導体ダイヤモン
ド薄膜２２内のホウ素のドーピング量に大きく依存して
おり、ホウ素の原子密度が１×１０20ｃｍ-3以上になる
と紫外線発光が観測されるようになるが、ダイヤモンド
構造を維持したまま取り込むことができるホウ素量には
上限があるため、ホウ素の原子密度は３×１０22ｃｍ-3
以下であることが必要であるということを見知した。
【００３６】従って、ダイヤモンド薄膜にドープするホ
ウ素の量を適切に規制することにより、このような発光
ピークを有する紫外線発光素子を光源としてオゾン濃度
計に組み込み、オゾンを含有したガス又は液体のオゾン
濃度を測定することができる。
ウ素の量を適切に規制することにより、このような発光
ピークを有する紫外線発光素子を光源としてオゾン濃度
計に組み込み、オゾンを含有したガス又は液体のオゾン
濃度を測定することができる。
【００３７】次に、本発明の光吸収式オゾン濃度計の原
理について、詳しく説明する。本発明の光吸収式オゾン
濃度計はその紫外線光源にダイヤモンド発光素子を使用
している。光吸収式で濃度を測定する場合、測定する試
料が気体及び液体のいずれの場合においてもその透過率
Ｔの値は、ベール・ランバードの吸収法則によって下記
数式１で定義される。即ち、試料ガス又は試料水を透過
してきた紫外線の強度をＩ、オゾン除去器により得られ
たオゾンフリーの試料ガス又は試料水を透過してきた紫
外線の強度をＩ0、紫外線光源の発光波長におけるオゾ
ンの吸収係数をα、試料ガス又は試料水中のオゾン濃度
をｃ、紫外線が試料ガス又は試料水を透過する際の光路
長をＬとすると、数式１は以下のようになる。
理について、詳しく説明する。本発明の光吸収式オゾン
濃度計はその紫外線光源にダイヤモンド発光素子を使用
している。光吸収式で濃度を測定する場合、測定する試
料が気体及び液体のいずれの場合においてもその透過率
Ｔの値は、ベール・ランバードの吸収法則によって下記
数式１で定義される。即ち、試料ガス又は試料水を透過
してきた紫外線の強度をＩ、オゾン除去器により得られ
たオゾンフリーの試料ガス又は試料水を透過してきた紫
外線の強度をＩ0、紫外線光源の発光波長におけるオゾ
ンの吸収係数をα、試料ガス又は試料水中のオゾン濃度
をｃ、紫外線が試料ガス又は試料水を透過する際の光路
長をＬとすると、数式１は以下のようになる。
【００３８】
【数１】Ｔ＝Ｉ／Ｉ0＝ｅｘｐ（−αｃＬ）
【００３９】従って、数式１よりオゾン濃度は下記数式
２に示す式で求めることができる。吸収係数α及び光路
長Ｌは既知の値であるので、強度Ｉ0及びＩを測定する
ことにより、原理的にはオゾン濃度ｃは数式２により算
出することができる。
２に示す式で求めることができる。吸収係数α及び光路
長Ｌは既知の値であるので、強度Ｉ0及びＩを測定する
ことにより、原理的にはオゾン濃度ｃは数式２により算
出することができる。
【００４０】
【数２】 ｃ（ｐｐｍ）＝（１０6／（αＬ））ｌｎ（Ｉ0／Ｉ）
【００４１】図３はダイヤモンド紫外線発光素子の発光
スペクトルを示すグラフ図、図４はオゾンの吸収スペク
トルを示すグラフ図である。図３において、横軸は波長
及び光子エネルギを、縦軸はエレクトロルミネッセンス
（ＥＬ（electro-luminescence））強度を示し、図４に
おいて、横軸は波長を、縦軸は吸収係数を示す。図３に
示すように、ダイヤモンド紫外線発光素子の発光スペク
トルは２２０乃至３００ｎｍの領域に輝度を有してお
り、その発光ピークは２４５．９ｎｍ（光子エネルギ：
５．０４１ｅＶ）であり、その半値幅は１５．７ｎｍ
（エネルギ幅：３１５ｍｅＶ）となっている。
スペクトルを示すグラフ図、図４はオゾンの吸収スペク
トルを示すグラフ図である。図３において、横軸は波長
及び光子エネルギを、縦軸はエレクトロルミネッセンス
（ＥＬ（electro-luminescence））強度を示し、図４に
おいて、横軸は波長を、縦軸は吸収係数を示す。図３に
示すように、ダイヤモンド紫外線発光素子の発光スペク
トルは２２０乃至３００ｎｍの領域に輝度を有してお
り、その発光ピークは２４５．９ｎｍ（光子エネルギ：
５．０４１ｅＶ）であり、その半値幅は１５．７ｎｍ
（エネルギ幅：３１５ｍｅＶ）となっている。
【００４２】一方、図４に示すように、オゾンの吸収ス
ペクトルは２００乃至３００ｎｍの領域に存在してい
る。なお、これらの吸収スペクトルは、Iny and Choon
g、Innand Tanaka及びVigrouxによって測定されたもの
である。
ペクトルは２００乃至３００ｎｍの領域に存在してい
る。なお、これらの吸収スペクトルは、Iny and Choon
g、Innand Tanaka及びVigrouxによって測定されたもの
である。
【００４３】吸収係数αには波長依存があり、従って、
上記数式２によりオゾン濃度ｃを算出する際は、対応す
る波長におけるオゾンの吸収係数αを夫々使用しなくて
はならない。ここで、図３及び図４に示すように、ダイ
ヤモンド発光素子の発光スペクトルはオゾンの吸収スペ
クトルの吸収領域内に輝度を有しており、その半値幅は
オゾンの吸収スペクトルのそれよりも狭いため、オゾン
の吸収係数αは、下記数式３によりオゾンの実効的な吸
収係数αeffとして置き変えることができる。即ち、波
長λにおけるオゾンの吸収係数をα（λ）、波長λにお
ける固体式紫外線発光素子の発光スペクトルの強度をＩ
（λ）、固体式紫外線発光素子の発光スペクトルのピー
ク波長における強度をＩ（peak）、固体式紫外線発光素
子の発光スペクトルの最短波長及び最長波長を夫々λ1
及びλ2とすると、数式３は以下のようになる。
上記数式２によりオゾン濃度ｃを算出する際は、対応す
る波長におけるオゾンの吸収係数αを夫々使用しなくて
はならない。ここで、図３及び図４に示すように、ダイ
ヤモンド発光素子の発光スペクトルはオゾンの吸収スペ
クトルの吸収領域内に輝度を有しており、その半値幅は
オゾンの吸収スペクトルのそれよりも狭いため、オゾン
の吸収係数αは、下記数式３によりオゾンの実効的な吸
収係数αeffとして置き変えることができる。即ち、波
長λにおけるオゾンの吸収係数をα（λ）、波長λにお
ける固体式紫外線発光素子の発光スペクトルの強度をＩ
（λ）、固体式紫外線発光素子の発光スペクトルのピー
ク波長における強度をＩ（peak）、固体式紫外線発光素
子の発光スペクトルの最短波長及び最長波長を夫々λ1
及びλ2とすると、数式３は以下のようになる。
【００４４】
【数３】
【００４５】なお、ここで、λ1＝２２０ｎｍ、λ2＝３
００ｎｍである。従って、上記数式２は数式３より下記
数式４とすることができ、この返還式により紫外線の強
度Ｉ及びＩ0から下記数式４に示すオゾン濃度ｃを算出
することができる。
００ｎｍである。従って、上記数式２は数式３より下記
数式４とすることができ、この返還式により紫外線の強
度Ｉ及びＩ0から下記数式４に示すオゾン濃度ｃを算出
することができる。
【００４６】
【数４】ｃ（ｐｐｍ）＝（１０6／（αeff・Ｌ））ｌｎ
（Ｉ0／Ｉ）
（Ｉ0／Ｉ）
【００４７】これまでに報告されている結果では、ダイ
ヤモンド以外の固体素子では、この領域での紫外線発光
は報告されていない。図５は各種半導体材料により作成
された発光ダイオードの発光スペクトルを示すグラフ図
である。図５に示すように、ＳｉＣ、緑ＧａＰ及び赤Ｇ
ａＰは、紫外域には発光スペクトルが存在しない。な
お、ｃ−ＢＮ（立方晶窒化ホウ素）の場合、紫外域（２
００乃至４００ｎｍ）に発光はあるが、その発光スペク
トルが２００乃至６００ｎｍの領域に存在しており、オ
ゾンの吸収帯より広い領域に存在しているため、後述す
るように、ダイナミックレンジが小さくなり、本発明に
係る光吸収式オゾン濃度計に使用する発光材料としては
適切ではない。また、このようにダイナミックレンジが
小さくなってしまう場合のダイナミックレンジを上げる
ための方法としては、フィルタを付加したり、複雑な補
正計算を行うことが必要になるため、光源として低圧水
銀ランプの代わりにこのような材料の発光素子を使用し
ても、上述したような固体式紫外線素子としての効果が
小さい。
ヤモンド以外の固体素子では、この領域での紫外線発光
は報告されていない。図５は各種半導体材料により作成
された発光ダイオードの発光スペクトルを示すグラフ図
である。図５に示すように、ＳｉＣ、緑ＧａＰ及び赤Ｇ
ａＰは、紫外域には発光スペクトルが存在しない。な
お、ｃ−ＢＮ（立方晶窒化ホウ素）の場合、紫外域（２
００乃至４００ｎｍ）に発光はあるが、その発光スペク
トルが２００乃至６００ｎｍの領域に存在しており、オ
ゾンの吸収帯より広い領域に存在しているため、後述す
るように、ダイナミックレンジが小さくなり、本発明に
係る光吸収式オゾン濃度計に使用する発光材料としては
適切ではない。また、このようにダイナミックレンジが
小さくなってしまう場合のダイナミックレンジを上げる
ための方法としては、フィルタを付加したり、複雑な補
正計算を行うことが必要になるため、光源として低圧水
銀ランプの代わりにこのような材料の発光素子を使用し
ても、上述したような固体式紫外線素子としての効果が
小さい。
【００４８】次に、固体式紫外線発光素子として、ダイ
ヤモンド発光素子を使用すると、他の固体素子のｃ−Ｂ
Ｎと比較してオゾン濃度計のダイナミックレンジが大き
くなる理由について更に詳しく説明する。図６及び図７
は、オゾン濃度計に夫々ｃ−ＢＮ光源を使用した場合及
びダイヤモンドを光源にした場合のダイナミックレンジ
の違いを模式的に示す図である。図６（ａ）はオゾンの
吸収スペクトルを示すグラフ図、図６（ｂ）はｃ−ＢＮ
の発光スペクトルを示すグラフ図、図６（ｃ）はｃ−Ｂ
Ｎ発光スペクトルとオゾンの吸収スペクトルの重なりを
示すグラフ図である。図６（ａ）乃至（ｃ）において、
横軸は波長、縦軸は図６（ａ）は、オゾンの吸収係数、
図６（ｂ）及び（ｃ）は、ｃ−ＢＮの発光強度及びオゾ
ンの実効的な吸収係数を示す。
ヤモンド発光素子を使用すると、他の固体素子のｃ−Ｂ
Ｎと比較してオゾン濃度計のダイナミックレンジが大き
くなる理由について更に詳しく説明する。図６及び図７
は、オゾン濃度計に夫々ｃ−ＢＮ光源を使用した場合及
びダイヤモンドを光源にした場合のダイナミックレンジ
の違いを模式的に示す図である。図６（ａ）はオゾンの
吸収スペクトルを示すグラフ図、図６（ｂ）はｃ−ＢＮ
の発光スペクトルを示すグラフ図、図６（ｃ）はｃ−Ｂ
Ｎ発光スペクトルとオゾンの吸収スペクトルの重なりを
示すグラフ図である。図６（ａ）乃至（ｃ）において、
横軸は波長、縦軸は図６（ａ）は、オゾンの吸収係数、
図６（ｂ）及び（ｃ）は、ｃ−ＢＮの発光強度及びオゾ
ンの実効的な吸収係数を示す。
【００４９】図６（ａ）に示すように、オゾンの吸収ス
ペクトルは波長が２００乃至３００ｎｍの領域に存在
し、その吸収ピークの波長λは約２５４ｎｍに位置す
る。
ペクトルは波長が２００乃至３００ｎｍの領域に存在
し、その吸収ピークの波長λは約２５４ｎｍに位置す
る。
【００５０】また、図６（ｂ）において、実線で示すの
はｃ−ＢＮの発光スペクトルＩ’（λ）であり、破線で
示すのはｃ−ＢＮの発光スペクトルに対するオゾンの実
行的な吸収スペクトルであり、α（λ）・Ｉc-BN（λ）
／Ｉc-BN（peak）で求めることができる。ここで、Ｉ
c-BN（peak）はｃ−ＢＮの発光スペクトルにおける発光
ピークの値である。ｃ−ＢＮ発光スペクトルは図３に示
したように、波長２００乃至６００ｎｍの領域に存在
し、図６（ｂ）に示すように、オゾンの実効的な吸収ス
ペクトルより大きく、その形状が一致しない。
はｃ−ＢＮの発光スペクトルＩ’（λ）であり、破線で
示すのはｃ−ＢＮの発光スペクトルに対するオゾンの実
行的な吸収スペクトルであり、α（λ）・Ｉc-BN（λ）
／Ｉc-BN（peak）で求めることができる。ここで、Ｉ
c-BN（peak）はｃ−ＢＮの発光スペクトルにおける発光
ピークの値である。ｃ−ＢＮ発光スペクトルは図３に示
したように、波長２００乃至６００ｎｍの領域に存在
し、図６（ｂ）に示すように、オゾンの実効的な吸収ス
ペクトルより大きく、その形状が一致しない。
【００５１】従って、図６（ｃ）に示すように、ｃ−Ｂ
Ｎにより発光された光のうち、ｃ−ＢＮの発光スペクト
ルＩc-BN（λ）とオゾンの実効的な吸収スペクトルα
（λ）・Ｉc-BN（λ）／Ｉc-BN（peak）とが重なる領域
Ａの光は、実際にオゾンに吸収されるため、領域Ａの光
はその吸収を受けて強度変化を生じる。一方、ｃ−ＢＮ
により発光された光のうち、オゾンの吸収のない領域Ｂ
の光は、オゾンに全く吸収されずに透過するためその光
は強度が変化しない。従って、このｃ−ＢＮのように、
領域Ｂの部分、即ちオゾンによる吸収を受けない光を多
く発光する材料の透過光を検出器で検出すると、強度変
化が小さいため、ダイナミックレンジが小さくなって、
高精度のオゾン濃度検出が不可能になる。このダイナミ
ックレンジを上げるためには、オゾンの吸収帯がない領
域Ｂの発光を遮蔽するフィルタ等を別途装備する必要が
生じる。
Ｎにより発光された光のうち、ｃ−ＢＮの発光スペクト
ルＩc-BN（λ）とオゾンの実効的な吸収スペクトルα
（λ）・Ｉc-BN（λ）／Ｉc-BN（peak）とが重なる領域
Ａの光は、実際にオゾンに吸収されるため、領域Ａの光
はその吸収を受けて強度変化を生じる。一方、ｃ−ＢＮ
により発光された光のうち、オゾンの吸収のない領域Ｂ
の光は、オゾンに全く吸収されずに透過するためその光
は強度が変化しない。従って、このｃ−ＢＮのように、
領域Ｂの部分、即ちオゾンによる吸収を受けない光を多
く発光する材料の透過光を検出器で検出すると、強度変
化が小さいため、ダイナミックレンジが小さくなって、
高精度のオゾン濃度検出が不可能になる。このダイナミ
ックレンジを上げるためには、オゾンの吸収帯がない領
域Ｂの発光を遮蔽するフィルタ等を別途装備する必要が
生じる。
【００５２】図７（ａ）はオゾンの吸収スペクトルを示
すグラフ図、図７（ｂ）はダイヤモンドの発光スペクト
ルとオゾンの吸収スペクトルとの重なりを示すグラフ図
である。図７（ａ）において、横軸は波長、縦軸はオゾ
ンの吸収係数を示し、図７（ｂ）において、横軸は波
長、縦軸はダイヤモンドの発光強度及びオゾンの実効的
な吸収係数を示す。
すグラフ図、図７（ｂ）はダイヤモンドの発光スペクト
ルとオゾンの吸収スペクトルとの重なりを示すグラフ図
である。図７（ａ）において、横軸は波長、縦軸はオゾ
ンの吸収係数を示し、図７（ｂ）において、横軸は波
長、縦軸はダイヤモンドの発光強度及びオゾンの実効的
な吸収係数を示す。
【００５３】図７（ａ）は図６（ａ）と同様、波長２０
０乃至３００ｎｍの領域に存在するオゾンの吸収スペク
トルを示している。図７（ｂ）において、実線で示すの
は、ダイヤモンドの発光スペクトルＩ（λ）であり、そ
の発光スペクトルは波長２２０乃至３００ｎｍの領域に
存在している。ダイヤモンド発光スペクトルは波長２２
０乃至３００ｎｍの領域に存在するため、オゾンの吸収
帯とほぼ一致し、ダイヤモンドの発光スペクトルの半値
幅はオゾンの吸収スペクトルの半値幅より狭い。ダイヤ
モンドの発光に対する実質的なオゾンの吸収スペクトル
は、α（λ）・Ｉ（λ）／Ｉ（peak）で求めることがで
き、図７（ｂ）に示すように、ダイヤモンドの発光スペ
クトルＩ（λ）とオゾンの実効的な吸収スペクトルα
（λ）・Ｉ（λ）／Ｉ（peak）とは、ほぼ一致するた
め、ダイヤモンドから発光される光はオゾンによって吸
収を受ける領域Ａに含まれる。
０乃至３００ｎｍの領域に存在するオゾンの吸収スペク
トルを示している。図７（ｂ）において、実線で示すの
は、ダイヤモンドの発光スペクトルＩ（λ）であり、そ
の発光スペクトルは波長２２０乃至３００ｎｍの領域に
存在している。ダイヤモンド発光スペクトルは波長２２
０乃至３００ｎｍの領域に存在するため、オゾンの吸収
帯とほぼ一致し、ダイヤモンドの発光スペクトルの半値
幅はオゾンの吸収スペクトルの半値幅より狭い。ダイヤ
モンドの発光に対する実質的なオゾンの吸収スペクトル
は、α（λ）・Ｉ（λ）／Ｉ（peak）で求めることがで
き、図７（ｂ）に示すように、ダイヤモンドの発光スペ
クトルＩ（λ）とオゾンの実効的な吸収スペクトルα
（λ）・Ｉ（λ）／Ｉ（peak）とは、ほぼ一致するた
め、ダイヤモンドから発光される光はオゾンによって吸
収を受ける領域Ａに含まれる。
【００５４】このように、オゾンの吸収スペクトルと類
似の発光スペクトルを有する材料を使用すると、その材
料から発光された光の大部分がオゾンの吸収スペクトル
と重なる領域Ａに入るため、オゾンを透過するとオゾン
により効率よく吸収され、オゾンを透過するか否かによ
って光の強度変化が大きい。従って、このダイヤモンド
の紫外線発光をオゾン濃度計に使用することにより、余
分なフィルター又は複雑な補正計算なしにダイナミック
レンジが大きく、高精度のオゾン濃度計を得ることがで
きる。
似の発光スペクトルを有する材料を使用すると、その材
料から発光された光の大部分がオゾンの吸収スペクトル
と重なる領域Ａに入るため、オゾンを透過するとオゾン
により効率よく吸収され、オゾンを透過するか否かによ
って光の強度変化が大きい。従って、このダイヤモンド
の紫外線発光をオゾン濃度計に使用することにより、余
分なフィルター又は複雑な補正計算なしにダイナミック
レンジが大きく、高精度のオゾン濃度計を得ることがで
きる。
【００５５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図８は、本発明の第２の実施例を示す模式図であ
る。本実施例の光吸収式オゾン濃度計２０は、光源及び
検出部一体型センサ部２１と、表示・制御部２２とから
構成されており、一体型センサ部２１と表示及び制御部
２２とは、ケーブル２３により電気的に接続されてい
る。一体型センサ部２１は、容器２９と、この容器２９
内に収納された固体式紫外線発光素子２４と、同じく容
器２９内に収納され、紫外線発光素子２７とは一定距離
離隔して配置された検出器２５とを有し、容器２９内に
一体型センサ２１の外部の物質を導入する手段として、
容器２９の側面にはメッシュ（格子）状の導入穴２６が
設けられている。なお、この手段としては容器２９に一
体型センサ部２１の外部にある物質を導入することがで
きればどのようなものでもよい。この一体型センサ部２
１の固体式紫外線発光素子２４及び検出器２５を制御す
る制御電源（図示せず）は一体型センサ部２１とは分離
して、表示・制御部２２内に設けられている。表示・制
御部２２には、制御電源と、検出器２５によって検出さ
れた紫外線２７の強度を上記数式４によりオゾン濃度ｃ
に変換して表示する表示部２８とを有する。
する。図８は、本発明の第２の実施例を示す模式図であ
る。本実施例の光吸収式オゾン濃度計２０は、光源及び
検出部一体型センサ部２１と、表示・制御部２２とから
構成されており、一体型センサ部２１と表示及び制御部
２２とは、ケーブル２３により電気的に接続されてい
る。一体型センサ部２１は、容器２９と、この容器２９
内に収納された固体式紫外線発光素子２４と、同じく容
器２９内に収納され、紫外線発光素子２７とは一定距離
離隔して配置された検出器２５とを有し、容器２９内に
一体型センサ２１の外部の物質を導入する手段として、
容器２９の側面にはメッシュ（格子）状の導入穴２６が
設けられている。なお、この手段としては容器２９に一
体型センサ部２１の外部にある物質を導入することがで
きればどのようなものでもよい。この一体型センサ部２
１の固体式紫外線発光素子２４及び検出器２５を制御す
る制御電源（図示せず）は一体型センサ部２１とは分離
して、表示・制御部２２内に設けられている。表示・制
御部２２には、制御電源と、検出器２５によって検出さ
れた紫外線２７の強度を上記数式４によりオゾン濃度ｃ
に変換して表示する表示部２８とを有する。
【００５６】こうして、固体式紫外線発光素子２４と検
出器２５との間に、例えば、オゾンを含有した外気があ
ると、紫外線発光素子２４から発光された紫外線２７は
オゾンによる吸収を受ける。そして、その透過光の強度
を検出器２５により検出し、表示及び制御部２２内のＣ
ＰＵ（図示せず）へ信号として運び、これを上記数式４
によりオゾン濃度ｃに変換して表示器２８により表示す
る。
出器２５との間に、例えば、オゾンを含有した外気があ
ると、紫外線発光素子２４から発光された紫外線２７は
オゾンによる吸収を受ける。そして、その透過光の強度
を検出器２５により検出し、表示及び制御部２２内のＣ
ＰＵ（図示せず）へ信号として運び、これを上記数式４
によりオゾン濃度ｃに変換して表示器２８により表示す
る。
【００５７】このように構成された第２の実施例におい
ては、一体型センサ部２１が光源及び検出器を一体化し
たことにより小型化され、狭い領域へも一体型センサ部
２１のみを投げ込み、その領域にあるオゾンを含有した
気体又は液体のオゾン濃度を測定することができる。本
実施例のオゾン濃度計２０は、小型化のため、オゾンを
分解していない試料ガスを標準ガスとして使用して補正
するための切り替え電磁弁、オゾン分解器、吸引ポンプ
等が省略されており、第１の実施例のオゾン濃度計と比
較すると測定精度の点では劣るものの、同様な装置を有
している投げ込み可能な半導体薄膜型オゾン濃度計と比
較すると、ダイヤモンド半導体薄膜を利用した固体式紫
外線発光素子を紫外線光源に使用しているため、温度及
び湿度によるドリフト影響、干渉ガスによる測定濃度差
の影響を受け難いため、測定精度が高い。
ては、一体型センサ部２１が光源及び検出器を一体化し
たことにより小型化され、狭い領域へも一体型センサ部
２１のみを投げ込み、その領域にあるオゾンを含有した
気体又は液体のオゾン濃度を測定することができる。本
実施例のオゾン濃度計２０は、小型化のため、オゾンを
分解していない試料ガスを標準ガスとして使用して補正
するための切り替え電磁弁、オゾン分解器、吸引ポンプ
等が省略されており、第１の実施例のオゾン濃度計と比
較すると測定精度の点では劣るものの、同様な装置を有
している投げ込み可能な半導体薄膜型オゾン濃度計と比
較すると、ダイヤモンド半導体薄膜を利用した固体式紫
外線発光素子を紫外線光源に使用しているため、温度及
び湿度によるドリフト影響、干渉ガスによる測定濃度差
の影響を受け難いため、測定精度が高い。
【００５８】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明に係る光
吸収式オゾン濃度計は、その紫外線光源として、ダイヤ
モンド薄膜からなる固体発光素子を使用しているため、
暖気時間が必要なく、従って高速応答性を有し、ダイヤ
モンド紫外線の発光スペクトルとオゾンの吸収スペクト
ルとがほぼ重なるため、高精度であると共にダイナミッ
クレンジを大きくとることができ、発光強度が安定した
紫外線を得ることができるため小型化及び低コスト化を
図ることができる。
吸収式オゾン濃度計は、その紫外線光源として、ダイヤ
モンド薄膜からなる固体発光素子を使用しているため、
暖気時間が必要なく、従って高速応答性を有し、ダイヤ
モンド紫外線の発光スペクトルとオゾンの吸収スペクト
ルとがほぼ重なるため、高精度であると共にダイナミッ
クレンジを大きくとることができ、発光強度が安定した
紫外線を得ることができるため小型化及び低コスト化を
図ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る光吸収式オゾン濃
度計の構成を示す模式図である。
度計の構成を示す模式図である。
【図２】紫外線発光素子を示す模式的断面図である。
【図３】ダイヤモンド紫外線発光素子の発光スペクトル
を示すグラフ図である。
を示すグラフ図である。
【図４】オゾンの吸収スペクトルを示すグラフ図であ
る。
る。
【図５】各種半導体材料により作成された発光ダイオー
ドの発光スペクトルを示すグラフ図である。
ドの発光スペクトルを示すグラフ図である。
【図６】（ａ）はオゾンの吸収スペクトルを示すグラフ
図、（ｂ）はｃ−ＢＮの発光スペクトルを示すグラフ
図、（ｃ）はｃ−ＢＮ発光スペクトルとオゾンの吸収ス
ペクトルの重なりを示すグラフ図である。
図、（ｂ）はｃ−ＢＮの発光スペクトルを示すグラフ
図、（ｃ）はｃ−ＢＮ発光スペクトルとオゾンの吸収ス
ペクトルの重なりを示すグラフ図である。
【図７】（ａ）はオゾンの吸収スペクトルを示すグラフ
図、図７（ｂ）はダイヤモンドの発光スペクトルとオゾ
ンの吸収スペクトルとの重なりを示すグラフ図である。
図、図７（ｂ）はダイヤモンドの発光スペクトルとオゾ
ンの吸収スペクトルとの重なりを示すグラフ図である。
【図８】本発明の第２の実施例を示す模式図である。
【図９】低圧水銀ランプの輝線スペクトルを示すグラフ
図である。
図である。
【図１０】特開平５−１７２７４３号公報に記載のオゾ
ン濃度計の構成を示す図である。
ン濃度計の構成を示す図である。
【符号の説明】 １、２０、１００；オゾン濃度計 ２；試料セル ２ａ；試料入口２ ３、１０４；三方電磁弁 ４、１０１；オゾン分解器 ５、１０８；流量計 ６、１０９；ニードルバルブ ７、１１０；吸引ポンプ ８、２４；固体式紫外線発光素子（固体式ＬＥＤ） ９；パルス電源 １０；電流計 １１、２５、１０５、１０７；検出器 １２、２７；紫外線 １３；透過光 １４、１１１；ＣＰＵ １５、１１４、１１５；検出信号 １６、１１２；表示器 １０２；低圧水銀ランプ １０３；ハーフミラー １０６；測定セル １１３；演算手段 ２１；一体型センサ部 ２２；表示・制御部 ２３；ケーブル ２６；導入穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 憲一 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB01 BB06 CC08 DD12 DD20 EE01 FF06 GG02 GG08 HH03 HH06 KK01 MM09 NN01 NN02 PP10 5F041 CA33 CA46 CA49 CA57 CA64 CA67 CA85 FF16
Claims (10)
- 【請求項１】 紫外線を発光する紫外線光源と、試料を
収納する試料セルと、前記試料セルを透過した前記紫外
線の強度を検出する検出器とを有し、前記紫外線光源は
発光ピークが２４０乃至２７０ｎｍに存在して半値幅が
オゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い発光スペク
トルの紫外線を発光する固体発光素子を有し、前記検出
器の検出結果から前記試料セル内のオゾン濃度を測定す
るものであることを特徴とする光吸収式オゾン濃度計。 - 【請求項２】 前記紫外線の発光スペクトルの最短波長
及び最長波長を夫々λ1及びλ2、前記紫外線の発光ピー
クをＩ（peak）、波長λに対する紫外線の強度をＩ
（λ）、波長λに対する前記オゾンの吸収係数をα
（λ）としたとき、紫外線領域におけるオゾンの実効的
な吸収係数αeffは、 であり、前記試料セルの長さをＬとしたとき、前記検出
器にて検出された紫外線のうち前記試料セルにてオゾン
による吸収を受けた紫外線の強度Ｉとオゾンによる吸収
を受けていない紫外線の強度Ｉ0とから前記試料セル内
のオゾン濃度ｃを、ｃ（ｐｐｍ）＝（１０6／（αeff・
Ｌ））ｌｎ（Ｉ0／Ｉ）として算出することを特徴とす
る請求項１に記載の光吸収式オゾン濃度計。 - 【請求項３】 容器と、前記容器に収納され紫外線を発
光する紫外線光源と、前記容器内に外部の物質を導入す
る手段と、前記容器に収納され前記外部の物質を透過し
た前記紫外線の強度を検出する検出器とを有し、前記紫
外線光源は発光ピークが２４０乃至２７０ｎｍに存在し
て半値幅がオゾンの吸収スペクトルの半値幅よりも狭い
発光スペクトルの紫外線を発光する固体発光素子を有
し、前記検出器の検出結果から前記外部物質のオゾン濃
度を測定するものであることを特徴とする光吸収式オゾ
ン濃度計。 - 【請求項４】 前記紫外線の発光スペクトルの最短波長
及び最長波長を夫々λ1及びλ2、前記紫外線の発光ピー
クをＩ（peak）、波長λに対する紫外線の強度をＩ
（λ）、波長λに対する前記オゾンの吸収係数をα
（λ）としたとき、オゾンによる紫外線領域の実効的な
吸収係数αeffは、 であり、前記紫外線光源と前記検出器との間の長さをＬ
としたとき、前記検出器にて検出された前記外部物質に
よりオゾンの吸収を受けた紫外線の強度Ｉと、オゾンに
よる吸収を受けていない紫外線の強度Ｉ0とから前記セ
ンサ部に導入された物質のオゾン濃度ｃをｃ（ｐｐｍ）
＝（１０6／（αeff・Ｌ））ｌｎ（Ｉ0／Ｉ）として算
出することを特徴とする請求項３に記載の光吸収式オゾ
ン濃度計。 - 【請求項５】 前記固体発光素子がパルス駆動され前記
検出器により前記紫外線の強度を同期検波することを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光吸収
式オゾン濃度計。 - 【請求項６】 前記固体発光素子から発光される紫外線
が輝度変調され前記検出器により前記紫外線の強度を同
期検波することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
１項に記載の光吸収式オゾン濃度計。 - 【請求項７】 前記固体発光素子は、不純物を添加した
ダイヤモンド半導体薄膜を有することを特徴とする請求
項１乃至６のいずれか１項に記載の光吸収式オゾン濃度
計。 - 【請求項８】 前記固体発光素子は、ダイヤモンド半導
体薄膜と、このダイヤモンド薄膜上に形成された高抵抗
ダイヤモンド薄膜と、この高抵抗ダイヤモンド薄膜上に
形成された金属電極とを有するものであることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光吸収式オ
ゾン濃度計。 - 【請求項９】 前記不純物はホウ素であることを特徴と
する請求項７及び８に記載の光吸収式オゾン濃度計。 - 【請求項１０】 前記ホウ素の原子密度は１×１０20ｃ
ｍ-3乃至３×１０22ｃｍ-3であることを特徴とする請求
項９に記載の光吸収式オゾン濃度計。
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