JP2002202248A - ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化による容器の変形や外部応力による
ガスセルの変形を減少させてスペックルパターンの変化
を抑え、電気信号のドリフトを低減してガス検出を行
う。 【解決手段】 一つの硬質材料からなる直方体のブロッ
ク４１を対称形状に２分割し、この２分割された分割ブ
ロック４１ａ，４１ｂの分割面４１ｃに対称な半球状の
凹部４２ａ，４２ｂを形成し、さらに凹部４２の表面に
光拡散面１１を形成し、これら凹部４２ａ，４２ｂ同士
の縁部分を一致させて突き合わせ、分割ブロック４１
ａ，４１ｂを固定して球状のガス容器３を構成し、ブロ
ック４１の平滑な外壁面に密着して光源５と受光器９を
固定する。これにより、ガス容器３と光源５と受光器９
の相対位置が固定保持され、温度変化や外部応力による
スペックルパターンの変動が抑えられ、受光器９が出力
する受光量に応じた電気信号のドリフト（干渉ノイズ）
が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ吸収分光を
利用したガス検出装置に係り、特に目的とするガスの有
無の検知や濃度測定のためにガスを導入してレーザ光と
相互作用を行わせるガスセルを有するガス検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ吸収分光は、物質が固有の光波長
に対して大きな吸収をもつという性質を利用して、分析
などに用いられる分光技術の一種である。この技術をガ
ス分析の分野で応用することにより、目的とするガスの
検出や濃度測定が可能となる。

【０００３】従来のガス検出装置の光学系の一例を図４
に示す。この光学系はレーザ光源５１、ガスセル５２お
よび受光器５３より構成される。ガスセル５２は、通
常、ガスを収容するための容器５４、ガス導入孔５５と
ガス排出孔５６、およびレーザ光５７が通過するための
第一の窓５８と第二の窓５９より構成される。レーザ光
源５１より出射したレーザ光５７は第１の窓５８から入
射し、容器５４内部に収容されたガスでその一部が吸収
され、第二の窓５９より出射して受光器５３に達する。
レーザ光５７の波長を被検出ガスの吸収波長付近で変化
させると図５のようなガス吸収曲線がみられる。この曲
線上で大きな吸収を示す波長になるべく近い波長のレー
ザ光を用いて、該レーザ光のガスによる吸収の度合い、
すなわち受光器５３で受光するレーザ光の光量の変化量
を測ることでガス濃度（ガス検出を含む）を知ることが
できる。

【０００４】ところで、実際にガスの濃度測定を行うと
様々な原因による誤差が生じるが、その中でもレーザ光
の干渉によって発生するドリフトによる誤差は絶対値も
大きくまた対策も難しい。具体的には、レーザ光がガス
セルの窓を透過するときや受光器内部の光学系を透過す
るときに多重反射が生じ、これが元のレーザ光と干渉
し、光強度の変化として現れる。この強度変動が吸収曲
線に畳重した場合、あたかも被検出ガスの濃度が変化し
たかのごとく観測されてしまう。

【０００５】そこで、光学的な多重反射を極力避けるた
め、従来では図６に示すような工夫がされてきた。この
例ではウェッジ形状のガラス板の両面に反射防止膜６１
を施したものをガスセル５２の窓材に用いている。この
ようにすることで多重反射による干渉の影響を減らすこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスセ
ル５２で多重反射を抑えても、受光器５３の部分で同様
の問題が生じる。例えば受光器５３にフォトダイオード
（以後、ＰＤという。）を使用した場合、ＰＤ容器の窓
とＰＤ素子表面の間で多重反射が生じ、これが測定誤差
となってしまう。このように干渉が原因となる誤差は、
光学系のさまざまな場所で生じる可能性があるため、全
ての光学部品において干渉が起こらないように改善して
いくことは難しい。

【０００７】そこで、本件発明者等は、測定に用いる光
の多重反射による測定誤差を抑えたガス検出装置を既に
出願している（特開平２０００−２０６０３５号公
報）。

【０００８】上記特開平２０００−２０６０３５号公報
に開示されるガス検出装置７１では、可干渉性を有する
レーザ光を拡散させて可干渉性を崩す光拡散体をガスセ
ル内部もしくは外部の光路に設けることにより、干渉が
原因となる光学的ノイズを低下させている。上記公報に
開示されるガス検出装置の一例として、図７に示すガス
検出装置７１では、ガス導入孔７２ａとガス排出孔７２
ｂを有した被検出ガスを収容するための容器７２の形状
を球とし、この容器７２の内壁面全面に反射型の光拡散
体７３を形成し、容器７２の壁面の外側に光源７４と受
光器７５を装着した構成となっている。

【０００９】ところで、図７に示すガス検出装置７１を
採用した場合、容器７２の内壁面全面に光拡散体７３が
形成されるので、光源７４からの発散光が光拡散体７３
によって拡散されると、微小な凹凸の粗い面からなる光
拡散体７３の光拡散によってスペックルを生じる。この
スペックルは、上記のようなレーザ光等の干渉性の高い
光で光学的に粗い表面を照らすときに起こる無秩序に分
布した暗点と明点である。スペックルは、粗い表面の微
細部分で再放射される多くの無秩序な要素波が複雑に干
渉することにより形成される。

【００１０】一般的に、レーザ光などのコヒーレント光
を光学的粗面に照明すると、照明された表面はレーザ光
を反射してスペックルパターンを生ずる。そして、上記
のように発生するスペックルパターンは、そのパターン
の状態が変化しなければ、測定誤差に影響を及ぼすこと
なく、正確なガス検出及びガス濃度測定が可能である。

【００１１】しかしながら、光源７４が発する熱による
温度変化、容器７２に送り込まれるガスの温度変化、装
置に組み込んだ回路の熱まわり等によって容器７２が変
形すると、容器７２の壁面に形成された光拡散体７３の
面も変形するため、スペックルパターンもゆっくりと動
いて変化してしまう。このスペックルパターンの変化
は、装置７１の各所をネジ止めして設置する場合、装置
７１に触れて容器７２に僅かな歪みが生じても、同様に
起こる現象である。そして、上記のように温度変化や外
部応力によってスペックルパターンがゆっくりと動いて
変化すると、受光器７５の受光量に応じた電気信号にド
リフトが生じ、このドリフトによって測定誤差を招き、
正確なガス検出が行えないという問題が生じる。

【００１２】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、温度変化による容器の変形や外部応
力によるガスセルの変形を減少させてスペックルパター
ンの変化を抑え、電気信号のドリフトを低減してガス検
出を行うことができるガス検出装置を提供することを目
的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明に係るガス検出装置は、被検出ガス
を収容するためのガス容器３と、該ガス容器に光を入射
する光源５と、前記光を拡散するように前記ガス容器の
内壁面に形成された光拡散面１１と、前記光源からの光
の入射に伴う前記ガス容器からの光を受光する受光器９
とを備え、該受光器が受光する受光量に基づいて前記被
検出ガスの有無や濃度を検出するガス検出装置におい
て、少なくとも２面に平滑な外壁面を有する一つの硬質
材料からなるブロックが２分割され、この２分割された
ブロックの分割面のそれぞれに対称形状の凹部が形成さ
れ、該凹部には前記光拡散面が形成されており、前記凹
部同士の縁部分を突き合わせて前記２分割されたブロッ
クを固定して所定空間を有する前記ガス容器が形成さ
れ、前記２分割されたブロックに形成される貫通孔を介
して前記ガス容器内に望むように前記２分割されたブロ
ックの平滑な外壁面に密着して前記光源及び前記受光器
が固定されていることを特徴とする。

【００１４】請求項２に係るガス検出装置は、被検出ガ
スを収容するためのガス容器３と、該ガス容器に光を入
射する光源５と、前記光を拡散するように前記ガス容器
の内壁面に形成された光拡散面１１と、前記光源からの
光の入射に伴う前記ガス容器からの光を受光する受光器
９とを備え、該受光器が受光する受光量に基づいて前記
被検出ガスの有無や濃度を検出するガス検出装置におい
て、一つの硬質材料からなる互いの面が直角をなす六面
体のブロック４１が対称に２分割され、この２分割され
た分割面４１ｃに対称形状の凹部４２ａ，４２ｂが形成
され、該凹部には前記光拡散面が形成されており、前記
凹部同士の縁部分を突き合わせて前記２分割されたブロ
ックを固定して所定空間を有する前記ガス容器が形成さ
れ、前記２分割されたブロックに形成される貫通孔１
７，１９を介して前記ガス容器内に望むように前記２分
割されたブロックの平滑な外壁面に密着して前記光源及
び前記受光器が固定されていることを特徴とする。

【００１５】請求項３に係るガス検出装置は、被検出ガ
スを収容するためのガス容器３と、該ガス容器に光を入
射する光源５と、前記光を拡散するように前記ガス容器
の内壁面に形成された光拡散面１１と、前記光源からの
光の入射に伴う前記ガス容器からの光を受光する受光器
９とを備え、該受光器が受光する受光量に基づいて前記
被検出ガスの有無や濃度を検出するガス検出装置におい
て、一つの硬質材料からなる立方体のブロック４５の対
角に位置する辺から辺に向かって斜めに２分割され、こ
の２分割された分割面４５ｃに対称形状の凹部４２ａ，
４２ｂが形成され、該凹部には前記光拡散面が形成され
ており、前記凹部同士の縁部分を突き合わせて前記２分
割されたブロックを固定して所定空間を有する前記ガス
容器が形成され、前記２分割されたブロックに形成され
る貫通孔１７，１９を介して前記ガス容器内に望むよう
に前記２分割されたブロックの平滑な外壁面に密着して
前記光源及び前記受光器が固定されていることを特徴と
する。

【００１６】本発明のガス検出装置では、平滑面を有す
る一つの硬質材料からなるブロック４１（又は４５）を
対称形状に２分割し、この２分割された分割ブロック４
１ａ，４１ｂ（又は４５ａ，４５ｂ）の分割面４１ｃ
（又は４５ｃ）に対称形状の凹部４２（４２ａ，４２
ｂ）を形成し、さらに凹部４２の表面に光拡散面１１を
形成し、これら凹部４２ａ，４２ｂ同士の縁部分を一致
させて突き合わせ、分割ブロック４１ａ，４１ｂ（又は
４５ａ，４５ｂ）を図示しない固定手段により固定して
所定空間（例えば球状）のガス容器３を構成し、ブロッ
ク４１（又は４５）の平滑な外壁面に密着して光源５と
受光器９を固定している。これにより、ガス容器３と光
源５と受光器９の相対位置が保たれ、温度変化や外部応
力によるスペックルパターンの変動を抑えることがで
き、受光器９が出力する受光量に応じた電気信号のドリ
フト（干渉ノイズ）が低減し、従来よりも正確なガス検
出及び濃度測定を行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明によるガス検出装置
の第１実施の形態を示す側断面図、図２は本発明による
ガス検出装置の第２実施の形態の概略を示す分解斜視
図、図３は図２のガス検出装置の側断面図である。

【００１８】図１〜図３に示す本例のガス検出装置１
は、ガス容器３、光源５、受光器９を備えて概略構成さ
れる。

【００１９】ガス容器３は、被検出ガスが収容される所
定形状の空間からなるガスセルとして構成されている。
ガス容器３は、剛性を有する一つの硬質材料、例えば真
鍮、アルミ、鉄、スーパーインバー等の金属、ガラス、
セラミックスを被検出ガスの種類に応じて使用してい
る。具体的には、例えば二酸化炭素（ＣＯ₂ ）、メタン
（ＣＨ₄ ）、亜酸化窒素（Ｎ₂ Ｏ）などのように腐食性
の無いガスに対しては金属製が好ましく、アンモニア
（ＮＨ₃ ）や塩化水素（ＨＣｌ）などのように腐食性が
強いガスに対してはガラス製が好ましい。

【００２０】ガス容器３は、上述した剛性を有する一つ
の硬質材料からなり、互いの面が直角をなす六面体のブ
ロックの内部に形成され、例えば球状などの所定形状の
内壁面を有している。図１の例では、ガス容器３が直方
体のブロック４１の内部に形成される。直方体のブロッ
ク４１は、対向する辺（図１では上辺）と辺（図１では
下辺）の中心位置で対称に２分割されている。この２分
割された分割ブロック４１ａ，４１ｂの分割面４１ｃ，
４１ｃには、例えば旋盤やフライス加工により半球面状
にくり抜かれた凹部４２（４２ａ，４２ｂ）が形成され
ている。

【００２１】各凹部４２ａ，４２ｂの表面には、微小な
凹凸面からなる光拡散面１１が形成されている。ガス容
器３の内壁面となる光拡散面１１は、例えば凹部４２の
表面に放電加工やホーニング処理を施して梨子地状に形
成される。この他、光拡散面１１は、アルミやステンレ
スなどの金属や、ガラス等の反射性とされた表面をフロ
スト状に仕上げたものや、これらの表面にアルミや金を
蒸着したもの、もしくは反射率の大きな粉末（ポリテト
ラフロロエチレン，硫酸バリウム，硫黄等）を塗布した
ものが利用できる。

【００２２】なお、分割された一方の凹部４２ａの周囲
には、凹部４２ａを取り囲むようにして例えば円形の溝
（不図示）が形成され、この溝にＯリング等のシール部
材（不図示）が装着される。また、各ブロック４１ａ，
４１ｂの分割面４１ｃ側の外周部分の複数箇所には、分
割面４１ｃと直角をなすように分割面４１ｃから外壁面
に向かって貫通穴（不図示）が形成される。

【００２３】そして、２分割されたブロック４１ａ，４
１ｂは、溝にシール部材を装着し、球状になるように凹
部４２ａ，４２ｂ同士の縁部分を一致させて突き合わ
せ、貫通穴にボルト（不図示）を挿通してナット（不図
示）で締めつけることにより固定される。これにより、
ブロック４１の内部に球状の気密空間からなるガス容器
３が形成される。なお、図１の例において、２分割され
たブロック４１ａ，４１ｂを固定するための固定手段
は、上記貫通穴、ボルト及びナットに限定されるもので
はない。

【００２４】分割ブロック４１ｂには、ガス容器３に被
検出ガスを導入するためのガス導入管１３と、被検出ガ
スをガス容器３から排出するためのガス排出管１５とが
ガス容器３に連通して設けられている。これにより、ガ
ス容器３の内部には、一定量の被検出ガスがガス導入管
１３より導入され収容される。ガス容器３の内部に収容
された被検出ガスの検出及び濃度測定が終了した場合に
は、ガス容器３内部の被検出ガスがガス排出管１５から
排出された後、次の検出及び濃度測定の対象となる被検
出ガスがガス導入管１３より導入され、ガス置換が行わ
れる。

【００２５】分割ブロック４１ａには、ガス容器３に連
通して第一の貫通孔１７と第二の貫通孔１９が設けられ
ている。第一の貫通孔１７からは、光源５からの発散光
がガス容器３の内部に入射される。また、第二の貫通孔
１９からは、受光器９に向けてガス容器３の内部からの
拡散光が出射される。なお、第一の貫通孔１７と光源５
との間、第二の貫通孔１９と受光器９との間は、例えば
Ｏリング等のシール部材を用いて気密が保てる構造とな
っている。

【００２６】本例における光源５は、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）を採用したレーザ光源として構成されている。図１
に示すように、光源５は、素子両端面からレーザ光を発
散する半導体レーザ（ＬＤ）２１、電子冷却素子２３、
参照用ガスセル２５、参照用受光器２７が密閉容器２９
内に収容されたユニット構造となっている。電子冷却素
子２３は、その上に配設される半導体レーザ２１を正確
に温度制御するためのものである。また、参照用ガスセ
ル２５及び参照用受光器２７は、半導体レーザ２１から
の後方光を利用して半導体レーザ２１の発振波長を被検
出ガスの吸収スペクトルの中心波長に合わせるためのも
のである。

【００２７】上記光源５は、半導体レーザ２１より前方
光が出射される出射面と対向して密閉容器２９の端面に
設けられたガラス等の窓部３１がガス容器３の第一の貫
通孔１７からガス容器３の内部を望むように気密を保っ
て分割ブロック４１ａの平滑な外壁面に対して不図示の
ネジ等の固定手段により密着固定される。これにより、
光源５は、コリメートレンズや光アイソレータなどの部
品を要さず、半導体レーザ２１の素子両端面から発散光
を出射し、前方光が窓部３１及び第一の貫通孔１７を介
してガス容器３の内部に発散光として照射される。

【００２８】なお、窓部３１は、半導体レーザ２１から
出射されるレーザ光の透過に伴う多重反射を防ぐように
構成され、例えばウエッジ形状のガラス板の両面に反射
防止膜を施したものが採用されることが好ましい。

【００２９】受光器９は、例えばフォトダイオードで構
成され、ガス容器３の第二の貫通孔１９からガス容器３
の内部を望むように気密を保って分割ブロック４１ａの
平滑な外壁面に対して不図示のネジ等の固定手段により
密着固定される。なお、第二の貫通孔１９は、第一の貫
通孔１７を介してガス容器３の内部に照射された光源５
からの直接光を受けない範囲に配されている。これによ
り、受光器９は、光源５からの直接光を受けることなく
配置される。受光器９では、光源５から発散光が出射さ
れると、この発散光が被検出ガスを収容したガス容器３
の光拡散面１１で拡散された拡散光を受光し、その受光
量に応じた電気信号を出力する。

【００３０】上記構成によるガス検出装置１では、ガス
導入孔１３からガス容器３の内部に被検出ガスが収容さ
れた状態で光源５が駆動されると、第一の貫通孔１７を
介して光源５からの発散光（レーザ光の直接光）がガス
容器３の内部に照射される。この発散光は、ガス容器３
の内壁面にある光拡散面１１によって様々に拡散され
る。さらに、拡散されたレーザ光は、ガス容器３の内部
で複数回反射する。そして、複数回の反射により様々な
経路を経たレーザ光は、第二の貫通孔１９を介して受光
器９により受光される。受光器９では、受光量に応じた
電気信号を出力する。

【００３１】ガス容器３の内部にて光源５から受光器９
に至るレーザ光は、被検出ガスに吸収される。これによ
り、受光器９では、受光量が変化して出力する電気信号
にレベル変動が生じる。即ち、電気信号のレベル変動に
よりガスの有無が検出され、且つ、レベル差によりガス
の濃度が検出されることとなる。

【００３２】光源５からの発散光は、光拡散面１１での
複数回の反射によって受光器９に達する際には入射した
光が積分されて受光強度が大きくなりＳ／Ｎが良好とな
る。さらに、ガス容器３の内部にて、被検出ガスとレー
ザ光の相互作用長が長くなるためガスによるレーザ光の
吸収の割合が大きくなる。加えて、光源５及び受光器９
は、ガス容器３を構成するブロック４１の平滑な外壁面
に対して十分な接触面積をとってしっかりと密着固定さ
れる。これにより、光源５が発する熱による温度変化、
装置に組み込んだ回路の熱まわり、外部応力によるガス
容器３の変形によって生じるスペックルパターンの変動
を抑えることができる。その結果、受光器９が出力する
受光量に応じた電気信号のドリフトを低減でき、ガスの
有無および濃度測定の検出精度の向上を図ることができ
る。

【００３３】以上の構成により干渉が原因となる光学的
ノイズは極めて小さくなるため、受光器では被検出ガス
の光吸収による光強度変化だけが受光でき、安定なガス
検出及び濃度測定が可能となる。

【００３４】ところで、図１に示す第１実施の形態にお
けるガス容器３は、直方体のブロック４１を対向する面
の中心で対称に２分割し、２分割された分割ブロック４
１ａ，４１ｂの分割面４１ｃに半球面状の凹部４２ａ，
４２ｂを形成し、これら凹部４２ａ，４２ｂに光拡散面
１１を形成し、凹部４２ａ，４２ｂを突き合わせて球状
に構成されるが、図２及び図３に示す構成とすることも
できる。なお、図２及び図３において、図１と同等の構
成要素には同一番号を付し、第１実施の形態と相違する
ガス容器３の構成についてのみ説明する。

【００３５】図２及び図３に示すガス容器３は、例えば
真鍮、アルミ、鉄、スーパーインバー等の金属、ガラ
ス、セラミックス等の剛性を有する一つの硬質材料から
なる立方体のブロック４５の内部に球状に形成される。
さらに説明すると、立方体のブロック４５は、対角に位
置する辺（図２では左上辺）から辺（図２では右下辺）
に向かって斜めに２分割されている。この２分割された
対称形状の三角柱からなるブロック４５ａ，４５ｂの分
割面４５ｃ，４５ｃには、例えば旋盤やフライス加工に
より半球面状にくり抜かれた凹部４２（４２ａ，４２
ｂ）が形成されている。

【００３６】各凹部４２ａ，４２ｂの表面には、微小な
凹凸面からなる光拡散面１１が形成されている。ガス容
器３の内壁面となる光拡散面１１は、例えば凹部４２の
表面に放電加工やホーニング処理を施して梨子地状に形
成される。この他、光拡散面１１は、アルミやステンレ
スなどの金属や、ガラス等の反射性とされた表面をフロ
スト状に仕上げたものや、これらの表面にアルミや金を
蒸着したもの、もしくは反射率の大きな粉末（ポリテト
ラフロロエチレン，硫酸バリウム，硫黄等）を塗布した
ものが利用できる。

【００３７】なお、一方の凹部４２ａの周囲には、凹部
４２ａを取り囲むようにして例えば円形の溝（不図示）
が形成され、この溝にＯリング等のシール部材（不図
示）が装着される。また、各ブロック４５ａ，４５ｂの
分割面４５ｃ側の外周部分の複数箇所には、貫通穴（不
図示）が形成される。

【００３８】そして、２分割されたブロック４５ａ，４
５ｂは、溝にシール部材を装着し、球状になるように凹
部４２ａ，４２ｂ同士の縁部分を一致させて突き合わ
せ、貫通穴にボルト（不図示）を挿通してナット（不図
示）で締めつけることにより固定される。これにより、
ブロック４５の内部に球状の気密空間からなるガス容器
３が形成される。なお、図３の例において、２分割され
たブロック４５ａ，４５ｂを固定するための固定手段
は、上記貫通穴、ボルト及びナットに限定されるもので
はない。

【００３９】このように、本例のガス検出装置１では、
平滑面を有する一つの硬質材料からなるブロック４１
（又は４５）を対称形状に２分割し、この２分割された
分割ブロック４１ａ，４１ｂ（又は４５ａ，４５ｂ）の
分割面４１ｃ（又は４５ｃ）に対称形状の凹部４２（４
２ａ，４２ｂ）を形成している。さらに、凹部４２の表
面に光拡散面１１を形成し、これら凹部４２ａ，４２ｂ
同士の縁部分を一致させて突き合わせ、分割ブロック４
１ａ，４１ｂ（又は４５ａ，４５ｂ）を不図示の固定手
段により固定して所定空間（図示の例では球状）のガス
容器３を構成し、ブロック４１（又は４５）の平滑な外
壁面に密着して光源５と受光器９を固定している。これ
により、ガス容器３と光源５と受光器９の相対位置が固
定保持され、温度変化や外部応力によるスペックルパタ
ーンの変動を抑えることができる。その結果、受光器９
が出力する受光量に応じた電気信号のドリフト（干渉ノ
イズ）が低減するので、従来よりも正確なガス検出及び
濃度測定を行うことができる。

【００４０】また、ブロック４１（又は４５）は、ガス
容器３を構成する凹部４２（４２ａ，４２ｂ）も含めて
対称形状に形成されるので、製造及び加工もしやすく、
歩留りの向上を図ることができるというメリットがあ
る。

【００４１】さらに、光源５及び受光器９は、ガス容器
３を構成するブロック４１（又は４５）の平滑な外壁面
に対して広い接触面積をもって密着固定されるので、外
部応力によるガス容器３の変形を低減することができ
る。しかも、光源５及び受光器９は、ブロック４１（又
は４５）の外側に設けられるので、特に図示はしない
が、光源５及び受光器９に放熱器を装備させれば、光源
５や受光器９で発生する熱をそのまま外に逃がして放熱
でき、従来問題とされていた温度変化によるガス容器３
の変形を低減することができる。その結果、受光器９の
受光面上でのスペックルパターンの変動を抑えることが
できる。

【００４２】さらに、図２及び図３の構成によれば、立
方体のブロック４５を用い、この立方体のブロック４５
を対角に位置する辺から辺に向かって斜めに２分割し、
この２分割された分割面４５ｃ，４５ｃのそれぞれに凹
部４２ａ，４２ｂを形成し、一方の凹部４２ａの周囲に
図示しないシール部材を装着するための溝（図示せず）
を形成しているので、２分割された分割ブロック４５
ａ，４５ｂのデッドスペース（分割面４５ｃ側の角部
分）を有効的に利用してブロック４５ａ，４５ｂ間を固
定し、ガス容器３の気密をとることができる。しかも、
第１実施の形態に比べ、２分割されたブロック４５ａ，
４５ｂ間を固定するための固定手段に必要とされる取付
スペースを小さくできるので、主要部であるガス容器３
の小型化を図ることができる。

【００４３】ところで、本例のガス検出装置１では、２
分割された分割ブロック４１ａ，４１ｂ（又は４５ａ，
４５ｂ）の内部に形成されるガス容器３の形状を対称形
状の凹部４２ａ，４２ｂの突き合わせからなる球とした
が、ガス容器３は内壁面の少なくとも一部を反射型の光
拡散面１１とすれば球に限定されるものではなく、例え
ば楕円体、長円体、円錐体等の形状からなる凹部を２分
割された分割ブロックに対称形状に形成して突き合わせ
ることによりその形状のガス容器を形成するようにして
もよい。

【００４４】図２及び図３に示す実施の形態では、立方
体のブロック４５を２分割構造によりガス容器３を構成
しているが、図１に示す直方体のブロック４１を対角に
位置する辺から辺に向かって斜めに２分割し、この２分
割された分割面のそれぞれに対称形状（例えば半球状）
の凹部を形成する構成としてもよい。この構成によれ
ば、２分割された分割ブロックのデッドスペース（分割
面側の角部分）を有効的に利用してブロック間を固定
し、ガス容器の気密をとることができる。

【００４５】また、上述した実施の形態では、ガス容器
３を構成するための２分割構造のブロックを直方体と立
方体の例で説明したが、これらの形状に限定されるもの
ではない。ガス容器を構成するためのブロックは、分割
面の凹部の縁部分を突き合わせて分割されたブロックを
固定したときに、少なくとも２面に平滑な外壁面を有す
る形状であればよい。その際、平滑な外壁面を２面有す
るブロックを用いた場合には、これらの平滑な外壁面に
光源及び受光器を固定することになるが、光源からの直
接光が受光器に入射しないように、上記２つの平滑な外
壁面は対向しない面、例えば互いに直角をなす面である
ことが好ましい。

【００４６】さらに、本例のガス検出装置１では、光源
５から出射してガス容器３の内部で拡散されたレーザ光
を受光する受光器９を単一として図示して説明したが、
光源５からの発散光を直接受けない部位に複数の受光器
９を設けて検出精度の向上を図るようにしてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係るガス検出装置によれば、平滑面を有する一つの硬質
材料からなるブロックを対称形状に２分割し、この２分
割された分割ブロックの分割面に表面が光拡散面からな
る対称形状の凹部を形成し、これら凹部を突き合わせて
分割ブロックを固定して所定空間のガス容器を構成し、
ブロックの平滑な外壁面に密着して光源と受光器を固定
するので、ガス容器と光源と受光器の相対位置が固定保
持され、温度変化や外部応力によるスペックルパターン
の変動が抑えられ、受光器９が出力する受光量に応じた
電気信号のドリフト（干渉ノイズ）が低減し、従来より
も正確なガス検出及び濃度測定を行うことができる。

【００４８】また、光源及び受光器は、ガス容器を構成
するブロックの平滑な外壁面に対して広い接触面積をも
って密着固定されるので、外部応力によるガス容器の変
形を低減することができる。しかも、光源及び受光器
は、ブロックの外側に設けられるので、光源や受光器で
発生する熱をそのまま外に逃がして放熱し、温度変化に
よるガス容器の変形を低減し、受光器の受光面上でのス
ペックルパターンの変動を抑えることができる。

【００４９】さらに、ガス容器を構成する凹部も含めて
ブロックを対称形状に形成すれば、製造及び加工もしや
すく、歩留りの向上を図ることができる。

【００５０】直方体や立方体のブロックを用い、このブ
ロックを対角に位置する辺から辺に向かって斜めに２分
割し、この２分割された分割面のそれぞれに表面が光拡
散面からなる凹部を形成し、一方の凹部の周囲にシール
部材を装着するための溝を形成する構成とすれば、２分
割された分割ブロックのデッドスペース（分割面側の角
部分）を有効的に利用してブロック間を固定し、ガス容
器の気密をとることができる。特に、立方体のブロック
を用いれば、上記デッドスペースを２分割されたブロッ
ク間を固定するための固定手段の取付スペースとしても
利用できるので、主要部であるガス容器の小型化も図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス検出装置の第１実施の形態を
示す側断面図

【図２】本発明によるガス検出装置の第２実施の形態の
概略を示す分解斜視図

【図３】図２のガス検出装置の側断面図

【図４】従来のガス検出装置の光学系の一例を示す図

【図５】ガス吸収曲線を示す図

【図６】従来のガス検出装置の構成を示す図

【図７】従来のガス検出装置の他の構成を示す図

【符号の説明】

１…ガス検出装置、３…ガス容器、５…光源、９…受光
器、１１…光拡散面、１７，１９…貫通孔、４１，４５
…ブロック、４１ｃ，４５ｃ…分割面、４２（４２ａ，
４２ｂ）…凹部、４３…溝、４４…シール部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 政之 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 荒木 幸雄 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 (72)発明者 塚本 威 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内 Ｆターム(参考） 2G057 AA02 AB04 AB07 AC03 AD04 BA01 BA05 BB01 BB08 DA09 GA00 2G059 AA01 BB01 CC20 EE01 GG01 HH01 JJ16 JJ21 JJ26 KK01 LL04 MM17 NN02 NN06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出ガスを収容するためのガス容器
   （３）と、該ガス容器に光を入射する光源（５）と、前
   記光を拡散するように前記ガス容器の内壁面に形成され
   た光拡散面（１１）と、前記光源からの光の入射に伴う
   前記ガス容器からの光を受光する受光器（９）とを備
   え、該受光器が受光する受光量に基づいて前記被検出ガ
   スの有無や濃度を検出するガス検出装置において、 少なくとも２面に平滑な外壁面を有する一つの硬質材料
   からなるブロックが２分割され、この２分割されたブロ
   ックの分割面のそれぞれに対称形状の凹部が形成され、
   該凹部には前記光拡散面が形成されており、前記凹部同
   士の縁部分を突き合わせて前記２分割されたブロックを
   固定して所定空間を有する前記ガス容器が形成され、 前記２分割されたブロックに形成される貫通孔を介して
   前記ガス容器内に望むように前記２分割されたブロック
   の平滑な外壁面に密着して前記光源及び前記受光器が固
   定されていることを特徴とするガス検出装置。
2. 【請求項２】 被検出ガスを収容するためのガス容器
   （３）と、該ガス容器に光を入射する光源（５）と、前
   記光を拡散するように前記ガス容器の内壁面に形成され
   た光拡散面（１１）と、前記光源からの光の入射に伴う
   前記ガス容器からの光を受光する受光器（９）とを備
   え、該受光器が受光する受光量に基づいて前記被検出ガ
   スの有無や濃度を検出するガス検出装置において、 一つの硬質材料からなる互いの面が直角をなす六面体の
   ブロック（４１）が対称に２分割され、この２分割され
   た分割面（４１ｃ）に対称形状の凹部（４２ａ，４２
   ｂ）が形成され、該凹部には前記光拡散面が形成されて
   おり、前記凹部同士の縁部分を突き合わせて前記２分割
   されたブロックを固定して所定空間を有する前記ガス容
   器が形成され、 前記２分割されたブロックに形成される貫通孔（１７，
   １９）を介して前記ガス容器内に望むように前記２分割
   されたブロックの平滑な外壁面に密着して前記光源及び
   前記受光器が固定されていることを特徴とするガス検出
   装置。
3. 【請求項３】 被検出ガスを収容するためのガス容器
   （３）と、該ガス容器に光を入射する光源（５）と、前
   記光を拡散するように前記ガス容器の内壁面に形成され
   た光拡散面（１１）と、前記光源からの光の入射に伴う
   前記ガス容器からの光を受光する受光器（９）とを備
   え、該受光器が受光する受光量に基づいて前記被検出ガ
   スの有無や濃度を検出するガス検出装置において、 一つの硬質材料からなる立方体のブロック（４５）の対
   角に位置する辺から辺に向かって斜めに２分割され、こ
   の２分割された分割面（４５ｃ）に対称形状の凹部（４
   ２ａ，４２ｂ）が形成され、該凹部には前記光拡散面が
   形成されており、前記凹部同士の縁部分を突き合わせて
   前記２分割されたブロックを固定して所定空間を有する
   前記ガス容器が形成され、 前記２分割されたブロックに形成される貫通孔（１７，
   １９）を介して前記ガス容器内に望むように前記２分割
   されたブロックの平滑な外壁面に密着して前記光源及び
   前記受光器が固定されていることを特徴とするガス検出
   装置。