JP2002506968A

JP2002506968A - 光学センサ

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Publication number: JP2002506968A
Application number: JP2000534857A
Authority: JP
Inventors: ミュラー−フィードラーローラント; ザウターヘルムート; シュナイダーヨアヒム; プフェッファーゼーダーアントン; ベルンハルトヴィンフリート; ミュラーアンドレ; ヘンゼルアンドレアス; オッペルトウルリヒ; ミュラールッツ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-03-07
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2002-03-05
Also published as: EP1062498A1; DE59813665D1; EP1062498B1; US6605804B1; WO1999045369A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、サンプルの物理的および／または化学的パラメータを求めるための光学センサに関する。このセンサには、少なくとも１つの送光器と、少なくとも１つの受光器と、これらの送光器と受光器との間のビーム路中に配置されサンプルに晒される感応性エレメントたとえばガス感応性エレメントが設けられており、さらに必要に応じて受光器に評価ユニットが後置接続される。上記の感応性エレメントはサンプルのパラメータが変化すると、特定波長の電磁放射に対するその吸収特性および／または屈折率を変化させる。この場合、送光器（１２）と受光器（１４）は、少なくとも１つの光導体（２６，２８）を介して感応性エレメントと結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、請求項１の上位概念に記載の構成を備えた光学センサならびにその
使用法に関する。

【０００２】従来の技術センサには数多くの適用分野がある。そのような分野の１つとして、火災早期
発見のためにガスセンサを使用することが挙げられる。先願のドイツ連邦共和国
特許出願 197 41 335.8 には光学ガスセンサについて記載されており、ある波長
の光の吸収率はガス濃度に依存する、という特定のガスと部分的に透光性の層と
の相互作用の原理に基づくものである。この公知の光学ガスセンサの欠点は、か
なり複雑でかさばった測定構造をもっていることである。それというのも、送光
器と受光器のほか、これら両方の部品間のビーム路内にガス感応層を配置しなけ
ればならないからである。殊に、光学部品から空間的に隔たっておりたとえば温
度の影響を強く受ける場所でガス濃度を測定しようという場合には、測定はきわ
めて困難である。

【０００３】発明の利点請求項１の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による光学センサにより、以
下の利点が得られる。すなわち、少なくとも１つの送光器と少なくとも１つの受
光器と、サンプルたとえばガスまたはガス混合物と相互作用を引き起こし特定波
長の光に対し透過特性を変化させる感応層とを空間的に分離できることから、非
常にコンパクトかつ低コストの統合部品を実現することができる。有利には送光
器と受光器から成る統合モジュールを、自由に離れた場所に組み込み可能な感応
層と光導波体を介して結合することによって、そのコンポーネントを互いに完全
に空間的に分離することができ、つまりはスペースの関係あるいは熱的または機
械的な関係から敏感な光学的および／または電子的部品を組み込むことのできな
いような場所でも、ガス感応層を配置させることができる。

【０００４】ガス感応層またはガス感応膜（オプトード Optode とも称する）は、電磁放射
に対し十分透過性であり、ガスまたはガス混合物と接触したときに電磁放射に対
するその吸収特性および／または屈折率を変化させるが、これを感応エレメント
として使用することにより、非常にコンパクトで微小化可能なガスセンサを製造
できるようになる。ここでオプトードとは本発明のコンテキストでは殊に以下の
ようなポリマー層のことであって、すなわちその層の中に入れられた指示薬物質
に基づき、光の透過特性とオプトード周囲の雰囲気中の特定ガスの濃度との依存
性をもつような層のことである。本発明に従って使用されるオプトードは、選択
的および可逆的に特定ガスの濃度に反応する。ガスに晒されそれと相互作用を起
こすガス感応層またはガス感応膜中に設けられた指示薬物質の吸収特性を測定す
ることにより、かなり簡単な光学的機構を用いて非常に僅かなガス濃度を測定お
よび検出することができる。有利にはガス感応層内に設けられているたとえばポ
リマーマトリックス中に入れられた指示薬物質は特定のガスだけに応答するので
、種々の指示薬物質を用いることでそれぞれガスごとに固有にはたらくセンサを
実現できるようになる。

【０００５】光学センサの１つの有利な実施形態によれば、少なくとも１つの電磁放射源た
とえば送光器と、少なくとも１つの電磁放射検出器たとえば受光器との間におい
てそのビーム路中に、指示薬物質の被着されたあるいは統合されたガス感応層が
介在するよう配置されている。この指示薬物質は、特定ガスとの物理的および／
または化学的な相互作用に応じて、電磁放射に対する透過特性または吸収特性を
変化させる。そしてこのガス感応層は、少なくとも１つの光導波体を介して送光
器および受光器と結合されている。たとえば電磁放射源を、適切な波長の光を放
射する送光器の役割を成す発光ダイオードとすることができる。それに応じて検
出器としては、発光ダイオードの放射波長に整合された周波数範囲をもつ受光器
の役割を成すホトダイオードが用いられる。このような構造は、非常に低コスト
の個別部品を用いて簡単に実現することができる。この場合、送光器と受光器と
の間に配置され指示薬物質が内部に入れられているか表面に被着されているガス
感応層は、有利にはそれらの吸収特性に応じて特定の光の波長で定量的に較正さ
れるので、様々な波長に対しそれぞれ異なるように反応する指示薬物質によって
種々のガスを検出することができる。

【０００６】さらに有利であるのは、それぞれ異なるガスを検出可能な複数の送光器を組み
合わせることであり、このようにすることでただ１つの機構により異なる複数の
ガスを検出できるようになる。また、少なくとも１つの送光器および／または少
なくとも１つの受光器にガス感応層をじかに設け、つまりそこに被着させるのも
有利である。したがって、それぞれ異なるガスに感応する層が設けられ種々の受
信波長領域にそれぞれ感応する複数の受光器を、複数の送光器を用いて、あるい
はただ１つの送光器を用いて（この場合には必要とされる波長領域全体をカバー
する）照射することができる。

【０００７】さらに有利には、光学的な結合部材として光導波体を用いることで、ガス感応
層が介在する送光器と受光器との間のビーム路の長さを伸ばすことができる。こ
れにより、それぞれ異なる場所に置かれた少なくとも２つの送光器と受光器を、
ガス感応層と光学的に結合することができる。また、送光器と受光器を同じ場所
で空間的にまとめて組み立て、平行に案内された２つの光導波体を用い非常に長
い距離を経てそれらを光学的に結合することも可能である。感応層の設けられた
結合個所で光導波体の向きを変えないしは湾曲させることができ、このようにす
ることで光が垂直方向に出射ないしは入射する端面が対向するようになって、そ
の際、ガス感応層は光軸中でそれらの間に位置するようになる。

【０００８】１つの有利な実施形態によれば、ガス層と光学的に結合すべき光導波体端部に
おいてガス層とは反対側の面が斜めに切り取られており、それによって光導波体
中を導かれる光ビームが空気との境界面で反射するように構成されている。光導
波体の端部を４５゜斜めに切り取ると、それに応じて光は９０゜反射し、個々の
光導波体をその長手方向に対し垂直方向で離れるようになる。また、光導波体の
端部の一方または両方ともにガス感応層を被着させ、それが各光導波体間で被検
媒体中を進行する光ビームのビーム路にあるようにすると、非常にコンパクトで
簡単に組み立て可能なガス用の光学的検出構成を、任意の組み込み位置で実現す
ることができる。

【０００９】別の有利な実施形態によればただ１つの光導波体だけが用いられ、その光導波
体は円錐状の尖端部を備えその上にガス感応層の被着された特別な形態によって
、送光器および受光器からかなり離れている可能性のある場所であっても、効果
的にガスを検出できるようになる。この場合、光導波体の一方の端部に送光器と
受光器が並置されていて、送光器から出射される光ビームが受光器へ導かれる光
ビームに対し平行に光導波体内部で進行するように配置されている。したがって
ここで用いられる光導波体は好適には、きわめて微小化可能な送光器と受光器を
並置できるような直径を有している。これとは別の端部で光導波体は円錐状の尖
端部を有しており、そこは部分的または全体的にガス感応層によって覆われてい
る。この場合、円錐角はほぼ９０゜となるようにすべきであって、これは光の向
きを所望のように９０゜で２回、つまり合わせて１８０゜変えることができるよ
うにするためである。光導波体と層の屈折率がほぼ等しいことから、それらの境
界面で光はほとんど妨げられることなく、つまり反射せずに貫き進むことができ
るが、層と周囲媒体たとえば空気との境界面では屈折率が著しく異なることから
反射するので、９０゜で２回の反射が行われるようになる。その際、光ビームは
、測定機構から離れるのではなく光導波体中を受光器へ向かって進行する。した
がってこのような装置構成によれば光ビームはガス感応層をそれぞれ４つの区間
を経て横切ることになり、これによって検出ガスに起因する吸収特性の変化が受
光器により検出される信号に対し、ガス感応層を１回または２回しか横切らない
場合よりも強く作用を及ぼすようになる。１つの光導波体だけということから構
造的に単純化されること以外に、このような装置構成であれば格別良好に微小化
できるようになる。

【００１０】１つの有利な使用法によればこのような光学センサを、内燃機関たとえば自動
車内燃機関の排気ガスの検査および／または監視に使用することができる。この
ため光学センサおよび後置接続された評価ユニットから得られた測定値を内燃機
関の制御に用いることができ、たとえば精確な排気ガス値を遵守するために、お
よび／または内燃機関排気ガスダクト中の触媒装置における触媒での再燃焼を監
視および制御するために用いることができる。また、Ｏ₂，ＣＯ，ＣＯ₂，ＨＣ，
ＮＯ_Xの配分を求めることにより、内燃機関における排気ガス中の化学量論的空気比率いわゆるラムダ値を精確に求めることもできる。このような複数のセンサ
を用いることで、いわゆる排気ガス最適化形エンジン管理や燃焼経過の持続的な
監視も実行することができ、これにより内燃機関の燃料消費もその排気ガス特性
ならびに消耗特性も最適化することができる。

【００１１】さらに本発明による装置を空気品質の監視に使用することができ、たとえばエ
アコンにおける換気弁の制御に有利に用いることができる。同様に本発明による
装置を、内部空間の換気調整や空調のために使用することもできる。また、本発
明による光学センサを、炭化水素で作動する燃焼装置や炉あるいは発電所の監視
および／または調整に用いることができる。さらに別の用途としてたとえば、冷
却剤としてアンモニアを用いる冷凍倉庫や冷凍装置内のＮＨ₃濃度測定を挙げることができる。もちろんこの種の光学センサは煙報知器および／または火災報知
器にも適しており、この場合、個々の光学センサや複数のセンサの組み合わせ体
を通る火災誘導ガスを調べることにより、検出時間や通報時間を公知の装置より
も著しく短くすることができ、さらに誤った警報に対する安全性も格段に高める
ことができる。

【００１２】従属請求項に記載されているその他の特徴には、本発明のさらに別の有利な構
成が示されている。

【００１３】図面次に、添付の図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明す
る。

【００１４】図１は、ＮＯ_X感応層における吸収スペクトルを示す図である。

【００１５】図２は、送光器と受光器との間にガス感応層を備えた測定装置構成を示す図で
ある。

【００１６】図３は、受光器上にガス感応層を備えた測定装置構成を示す図である。

【００１７】図４は、送光器と受光器との間に複数の光導波体を備えた測定装置構成を示す
図である。

【００１８】図５は、光結合のためにただ１つの光導波体しか設けられていない測定装置構
成を示す図である。

【００１９】図６は、ただ１つの光導波体しか設けられていない測定装置構成の代案を示す
図である。

【００２０】図７は、図６を上から見た図である。

【００２１】図８は、２つの光導波体と２つの送光器を備えているが受光器は１つしか設け
られていない別の構成をもつ測定装置構成を示す図である。

【００２２】図９は、図８を上から見た１つの場合を示す図である。

【００２３】図１０は、図８を上から見た別の場合を示す図である。

【００２４】図１１は、図８に対する代案を示す図である。

【００２５】図１２は、図７，図９，図１０に対する代案を示す図である。

【００２６】図１３は、図６を上から見た別の場合を示す図である。

【００２７】実施例の説明図１には実例として、ガス感応層に触れているガス混合物の様々な濃度につい
て、ガス感応層における電磁放射の波長と吸収率との定性的関係を表したダイア
グラムが示されている。このダイアグラムの横軸６には、電磁放射の波長λがｎ
ｍで書き込まれている。図示の実施例の場合、電磁放射は可視領域にある光であ
る。また、縦軸４には相対的吸収値が書き込まれており、これは完全吸収におい
て値１をとることになる。この実施例では感応層はＮＯおよび／またはＮＯ_x に
対し感応性であって、つまりそのガスと物理的および／または化学的に相互作用
を起こす層である。このダイアグラムには、種々のＮＯ濃度に対する特性曲線群
１が記されている。ここに示されているように、特定の光波長領域内で、図示の
実例では約６７０ｎｍ付近において、あるNO濃度のときに光の吸収が明確に最大
となっている。特性曲線群１には複数の特性曲線が含まれており、それらの個々
の局所的最大値は波長が同じでNO濃度が上がると大きくなる。ガス感応層と相互
作用を起こすガス混合物においてＮＯ濃度が高くなるにつれて、そこを透過する
光がいっそう強く吸収される。このような増加は、垂直方向に上へ向かう矢印に
よって示されている。この場合、センサの作用すなわち吸収特性の変化ないしは
透過特性の変化は、ガス感応層を用いた場合、一般にかなり狭い波長範囲内で確
認することができる。ガス感応層として用いられる担体として有利には特定のポ
リマが適しており、それらは化学的に十分に不活性であるため、それらの上に被
着されたまたはそれらの中に入れられた指示薬物質だけを確実に、対象とするガ
スおよび／またはガス混合気と相互作用させることができるようになる。ガス感
応層は、たとえば担体プレート上に被着させることができる。さらにこの測定方
法によれば、複数の受光器にそれぞれ異なるガス感応層を設けることができ、そ
のようにすることで多数の異なるガスに応答する組み合わせ形の光学センサを形
成することができる。公知の指示薬物質に関して、これまでに確認できたＮＯ_x
のための最小ガス濃度は数ｐｐｂの範囲にある。

【００２８】図２には光学センサのための基本的な測定装置構成が示されており、これは送
光器１２として用いられる電磁放射源ここでは発光ダイオードと、受光器１４と
して用いられる電磁放射検出器たとえばホトダイオードによって構成されている
。このような部品によって小さくコンパクトで低コストの光学センサを実現する
ことができ、しかもこれは非常に僅かなエネルギーで間に合う。この場合、赤外
線光または紫外線光あるいは可視波長領域の光で動作する送光器１２および受光
器１４を使用することができる。測定装置の動作にとって重要であるのは、送光
器１２から送出される光の波長と、以下で説明するガス感応層１６の吸収波長と
の整合である。送光器１２とその直線的なビーム路１８中に所定の間隔をおいて
取り付けられた受光器１４との間に、送光器１２のビームに対し透過性のガス感
応層１６が設けられており、たとえばこの層は特定の指示薬物質の設けられたポ
リマ材料から成る担体によって構成されている。ガス感応層１６は担体プレート
上に被着されている。送光器１２から放射される光に対し透過性のこのガス感応
層１６を、送光器１２と受光器１４のちょうど真ん中においてもよいが、ビーム
路１８中にあれば送光器１２と受光器１４との間のいかなる位置に配置してもよ
い。そして感応層１６は送光器１２から送出された特定波長の光を、あるガスと
の相互作用によって部分的に吸収することができる。

【００２９】ガス感応層１６には特定のガスに感応する指示薬物質が含まれており、組み込
み前に事前に較正測定することによってキャリブレーションが行われる。検出す
べきガスが送光器１２と受光器１４との間の領域に入ると、ガス感応層１６内に
含まれている指示薬物質が、そこに到来して通過する電磁放射の特定波長に対す
るその吸収特性を変化させる。この波長は指示薬物質の局所吸収最大値に対応す
るので、ビーム路１８中で感応層１６の後ろに配置された受光器１４は透過特性
の変化を検出する。吸収最大レベルはガスの濃度に比例する。ここには図示され
ていない評価ユニットによりそれを測定することができ、これはたとえば信号発
生器と接続されている。

【００３０】図３にはこれに対する代案となる測定装置構成が示されており、この場合、ガ
ス感応層２０は受光器１４図示の実施例では光感応形ホトダイオードにじかに取
り付けられている。なお、図２と同じ部材には同じ参照符号が付されており、そ
れらについてはもはや説明しない。このような測定装置構成のもつ利点とは、こ
れによってコンパクトな煙報知器ないしは燃焼通報装置を実現できることである
。

【００３１】様々なガス状燃焼生成物を検出するために、複数の受光器１４がそれぞれ異な
るガスに対して感応性をもつ層２０をもつようにすることができる。その際にそ
れらをすべて、送光器１２のビーム路１８中にそこから所定の間隔をおいて配置
することができ、これによりそれらは様々な燃焼ガスに対し種々の特徴的な吸収
信号をここには示されていない評価ユニットへ供給できるようになる。また、ガ
ス感応層を送光器１２に取り付けることもできる。

【００３２】図４には光導波体を備えた本発明による構造が示されており、これは送光器１
２と受光器１４との間のビーム路中に配置されている。なお、これまでの図中と
同じ部材には同じ参照符号が付されており、それらについてはもはや説明しない
。多くの適用事例において望ましいのは、たとえば火災報知器や非常に熱いガス
と相互作用を起こさせようとするセンサなどにおいて、ガス感応層を送光器およ
び受光器から空間的に分離することである。したがって両方の半導体部品をＳＭ
Ｄ部品として、ここには図示されていないケーシング内でシートバー上に取り付
けることができる一方、ガス感応層を検出すべきガスにいっそう容易に到達でき
る個所すなわちケーシング外に取り付けることができる。ガス感応層と送光器お
よび受光器を光学的に結合するため、本発明によれば光導波体が使用される。そ
の際、送光器１２から放射される光は直線的な端面３０で光導波体に入力結合さ
れ、その他方の端部は斜めに切り取られた端面３４を有している。これにより入
力結合された光がこの端面３４で反射し、光導波体２６の長手方向に対し４５゜
という端面３４の角度によって、その長手方向に対し垂直に放射される。光導波
体２６から放射された光ビーム３８を、同様に構成された別の光導波体２８によ
り受光器１４へ向けて偏向させることができる。この光導波体も受光器１４の方
に向いた端面３２を有しており、この端面は光導波体２８の長手方向に対し垂直
に配置されている。対向する端面３６は有利にはやはり光導波体の長手方向に対
し４５゜の角度を有しており、これによって光導波体２８に当射される光ビーム
３８は受光器へ向けて案内される。ビーム路３８中で両方の光導波体２６，２８
のいずれかにガス感応性の膜２４を被着させることができるし、あるいはそれら
の間に配置してもよい。このようにして、エレクトロニクスとガス感応層との空
間的な分離が可能となる。

【００３３】さらに図５には、１つの光導波体だけしか使用しない測定構造の変形実施例が
示されている。これまでの図面におけるものと同じ部材には同じ参照符号が付さ
れており、それらについてはもはや説明しない。この測定構造によれば、送光器
１２から光導波体４０の長手方向に対し垂直な端面４４へ入力結合された光は、
光導波体４０における円錐状の尖端部４２に被着されたガス感応層４４へ案内さ
れる。光はほとんど妨げられることなく光導波体４０とガス感応層４２との間の
境界面を通過する。なぜならば、それら両方はほぼ等しい屈折率を有しているか
らである。しかしガス感応層４２と周囲空気との間の境界層においては、屈折率
が異なるため光はほとんど反射しない。図５には実例として、光導波体４０の円
錐状尖端部４６の角度が９０゜であるときの相応のビーム路４８が描かれている
。ビーム路４８は空気とガス感応層４２との間の境界層において９０゜で２回、
それぞれ偏向されることになり、その後、最終的には１８０゜偏向されて再び端
面４４へ戻され、さらに受光器４４へ向かって進行する。この場合、受光器１４
と送光器１２は、互いに並行にじかに隣り合って配置されている。光がガス感応
層４２を４回にわたり横切ることで、ガス感応層の吸収特性変化が図２または図
３による配置構成の場合よりも強く、受光器により検出される信号に作用を及ぼ
すことになる。

【００３４】図６による光導波体４０は、送光器１２（たとえば発光ダイオードＬＥＤ）と
受光器１４（たとえばホトダイオードＰＤ）の設けられている端部に、送光器１
２から受光器１４へ光がダイレクトに入り込むのを防止するスリット４９を有し
ている。また、この光導波体４０を受光器１４および送光器１２とともにプリン
ト配線板上に取り付けることができ、層４２を備えた端部をケーシングから突出
させることができる。

【００３５】図７には、光導波体４０における横断面の実現可能な一例が示されている。し
かしこの横断面を図１３に示すように矩形にしてもよく、その場合には層４２は
光導波体４０のくさび状表面を覆う。他の横断面形状も可能である。

【００３６】複数の光導波体４０，４０ａを互いに組み合わせることもできる。その際、図
８に示したように受光器１４が、あるいは図１１に示したように送光器１２が、
中央で複数のまたはすべての光導波体４０，４０ａのために使われる。この配置
構成によれば複数のガスを監視することができるし、あるいは１つの光導波体を
層を設けずに基準として用いることもできる。

【００３７】図９および図１０には、図８による構成に関して横断面の実現可能な２つの例
が示されている。他方、図１２には、３つの光導波体４０，４０ａ，４０ｂを備
えた配置構成（これについては図示しない）の横断面が示されている。図８の脚
部５０と光導波体４０ないしは４０ａとの間にはやはり、図６中のスリットと同
じようなスリットが設けられている。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＮＯ_X感応層における吸収スペクトルを示す図である。

【図２】送光器と受光器との間にガス感応層を備えた測定装置構成を示す図である。

【図３】受光器上にガス感応層を備えた測定装置構成を示す図である。

【図４】送光器と受光器との間に複数の光導波体を備えた測定装置構成を示す図である
。

【図５】光結合のためにただ１つの光導波体しか設けられていない測定装置構成を示す
図である。

【図６】ただ１つの光導波体しか設けられていない測定装置構成の代案を示す図である
。

【図７】図６を上から見た図である。

【図８】２つの光導波体と２つの送光器を備えているが受光器は１つしか設けられてい
ない別の構成をもつ測定装置構成を示す図である。

【図９】図８を上から見た１つの場合を示す図である。

【図１０】図８を上から見た別の場合を示す図である。

【図１１】図８に対する代案を示す図である。

【図１２】図７，図９，図１０に対する代案を示す図である。

【図１３】図６を上から見た別の場合を示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１２月３０日（１９９９．１２．３０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者ヨアヒムシュナイダードイツ連邦共和国ウンターハッヒングズュートシュトラーセ８ (72)発明者アントンプフェッファーゼーダードイツ連邦共和国ザウアーラッハ−アルゲートオーバーラントシュトラーセ 20 (72)発明者ヴィンフリートベルンハルトドイツ連邦共和国ゲールリンゲンシュタインバイス−シュトラーセ 63 (72)発明者アンドレミュラードイツ連邦共和国ゲールリンゲンロルシャーヴェーク１ (72)発明者アンドレアスヘンゼルドイツ連邦共和国ヴァイヒンゲンレーマーシュトラーセ 80 (72)発明者ウルリヒオッペルトドイツ連邦共和国ツォルネディングオーベレバーンホフシュトラーセ 40 (72)発明者ルッツミュラードイツ連邦共和国ゲールリンゲンバンヴァルトヴェーク４Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB01 DD13 EE01 EE04 EE12 FF12 GG02 JJ17 KK01 KK10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの送光器と、少なくとも１つの受光器と、こ
れら送光器と受光器との間でビーム路中に配置されサンプルに晒される感応性エ
レメントたとえばガス感応性エレメントが設けられており、必要に応じて前記受
光器に評価ユニットが後置接続されていて、前記感応性エレメントは、サンプル
のパラメータが変化したときに特定の波長の電磁放射に対するその吸収特性およ
び／または屈折率を変化させる構成をもつ、サンプルの物理的および／または化
学的パラメータを求める光学センサにおいて、送光器（１２）と受光器（１４）は、少なくとも１つの光導波体（２６，２８
，４０）を介して感応性エレメントと結合されていることを特徴とする、光学セ
ンサ。
【請求項２】前記感応性エレメントは、電磁放射に対し十分に透過性のガ
ス感応層（２４，４２）であり、該ガス感応層はガスまたはガス混合物に触れた
とき、電磁放射に対するその吸収特性および／または屈折率を変化させる、請求
項１記載のセンサ。
【請求項３】前記ガス感応層（２４，４２）は指示薬物質を有しており、
該指示薬物質は、少なくとも１つの特定のガスおよび／または特定のガス混合物
と少なくとも間接的に接触したとき、化学的または物理的に前記のガスまたはガ
ス混合物と可逆的に相互作用する、請求項２記載のセンサ。
【請求項４】前記相互作用により、電磁放射に対する少なくとも局所的な
最大吸収が引き起こされる、請求項３記載のセンサ。
【請求項５】最大吸収位置は各ガスごとに、それぞれ異なる電磁放射の波
長値のところにある、請求項４記載のセンサ。
【請求項６】前記指示薬物質は有利にはガス状の燃焼生成物と相互作用を
引き起こす、請求項１から５のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項７】最大吸収レベルは相互作用をするガスの濃度と相関関係にあ
る、請求項１から６のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項８】前記の送光器（１２）と受光器（１４）は、ガス感応層（２
４，４２）から空間的に分離されている、請求項１から７のいずれか１項記載の
センサ。
【請求項９】前記の送光器（１２）と受光器（１４）は、空間的および／
または構造的にまとめられている、請求項８記載のセンサ。
【請求項１０】前記の送光器（１２）と受光器（１４）は１つの共通の部
材上に集積されている、請求項９記載のセンサ。
【請求項１１】前記送光器（１２）は電磁放射源たとえば適切な波長の発
光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１から１０のいずれか１項記載のセンサ
。
【請求項１２】前記受光器（１４）はホトダイオードまたはホトトランジ
スタである、請求項１から１１のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１３】前記光導波体（２６，２８）はガス感応層と結合されたそ
の端部において、該ガス感応層（２４）とは反対側の面（３４，３６）で４５゜
斜めに切り取られている、請求項１から１２のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１４】２つの光導波体（２６，２８）はそれぞれガス感応層と結
合されたそれらの端部において、該ガス感応層（２４）とは反対側の面（３４，
３６）で４５゜斜めに切り取られている、請求項１３記載のセンサ。
【請求項１５】前記ビーム路（３８）は、送光器（１２）と結合された光
導波体（２６）からガス感応層（２４）へ向けて９０゜偏向され、受光器（１４
）と結合された光導波体（２８）により再び９０゜偏向される、請求項１４記載
のセンサ。
【請求項１６】前記の送光器（１２）と受光器（１４）は、１つの共通の
光導波体（４０）を介してガス感応層（４２）と結合されている、請求項１から
１２のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１７】光導波体（４０）は、送光器（１２）および受光器（１４
）とは反対側のその端部（４６）で斜めに切り取られており、そこにはガス感応
層（４２）が設けられている、請求項１６記載のセンサ。
【請求項１８】光導波体（４０）はその端部（４６）に９０゜の尖端角を
もつ尖端部を有する、請求項１７記載のセンサ。
【請求項１９】前記尖端部は円錐状である、請求項１８記載のセンサ。
【請求項２０】前記尖端部はくさび状である、請求項１８記載のセンサ。
【請求項２１】前記尖端部はガス感応層（４２）によって完全に取り囲ま
れている、請求項１８から２０のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項２２】光導波体（４０）は、送光器（１２）および受光器（１４
）に向いたその端部に平坦な面（４４）を有しており、該平坦な面は前記光導波
体（４０）の長手方向に対し垂直に配置されている、請求項１９記載のセンサ。
【請求項２３】光導波体（４０）は、送光器（１２）および受光器（１４
）に向いた側がレンズ状に構成されており、送光器（１２）と受光器（１４）は
レンズの焦点に配置されている、請求項１９記載のセンサ。
【請求項２４】光導波体（４０）は、送光器（１２）と受光器（１４）と
の間に光のアイソレーションのための縦長のスリット（４９）を有する、請求項
１６から２３のいずれか１項記載のセンサ。
【請求項２５】少なくとも２つの光導波体（４０，４０ａ）が設けられて
おり、該光導波体（４０ａ，４０ｂ）は同様に多数の送光器（１２，１２ａ）お
よびただ１つの共通の受光器（１４）を備えている、請求項１６から２４のいず
れか１項記載のセンサ。
【請求項２６】少なくとも２つの光導波体（４０，４０ａ）が設けられて
おり、該光導波体（４０ａ，４０ｂ）は同様に多数の受光器（１４，１４ａ）お
よびただ１つの共通の送光器（１２）を備えている、請求項１６から２４のいず
れか１項記載のセンサ。
【請求項２７】１つの光導波体は層を備えず基準として用いられる、請求
項２５または２６記載のセンサ。
【請求項２８】内燃機関たとえば自動車の内燃機関の排気ガスを調べる、
請求項１から２７のいずれか１項記載のセンサの使用法。
【請求項２９】評価ユニットから得られた測定値を用いて内燃機関の制御
操作を行う、請求項１から２７のいずれか１項記載の使用法。
【請求項３０】内部空間における空気の品質を監視する、請求項１から２
７のいずれか１項記載のセンサの使用法。
【請求項３１】得られた測定値を用いて内部空間における換気調整および
空調をコントロールする、請求項３０記載の使用法。
【請求項３２】炭化水素で作動する燃焼装置を監視および調整する、請求
項１から２７のいずれか１項記載のセンサの使用法。
【請求項３３】煙報知器において使用する、請求項１から２７のいずれか
１項記載の使用法。