JP2002520611A

JP2002520611A - 赤外線放射源並びにガス計測のためのその応用

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Publication number: JP2002520611A
Application number: JP2000560421A
Authority: JP
Inventors: スベインオットカンスタッド
Original assignee: カンスタッドテクノロジエーエス
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2002-07-09
Also published as: NO983335D0; EP1101082A2; US6540690B1; US20030139682A1; US6652468B2; CA2336826A1; NO20010102L; NO312860B1; NO983335L; NO20010102D0

Abstract

(57)【要約】必要に応じて１００Ｋ又はそれ以上の温度振幅においてミリ秒パルス長で操作されることが可能であるように成した、薄いフォイル形状の材料から形成される電気パルス式赤外線放射源である。当該放射源は、既知の材料から製造され得るものであり、好適な設計の中において２つの固定冶具の間における湾曲形状ブリッジとして装着されることが可能である。当該放射源は、赤外線放射に拠るガス発生の確認、計測及び警報のためのパルス・ベース方式及びセンサに関連して使用されるためのものとして特に有効に適応される。そのような方式及びセンサの具体例は、本発明の中に包含されている。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、電気パルス式赤外線放射源に関するものであり、如何にして、単純
な手段に拠り、先行技術において実行可能であるものを遥かに越えるそれらの性
能が特定され改良され且つ得るのかということを開示している。これは、本発明
に従った赤外線放射源を使用することによって、以前に実行可能であったものに
比べて、有効、単純且つ安価に製造されることが可能であるように成した、その
ような放射源を特にはガス・センサに関連して利用するときに、相当な利点を提
示することになる。

ガスのための赤外線（ＩＲ）センサは、ＩＲ放射源及びＩＲ検知機の両者を含
んで成る。ＩＲ検知機は、標準的には、ＩＲ放射の変化にのみ反応する。技術的
な計測に関連して、これは、安定した（ＣＷ）放射源からの当該放射を切り刻む
孔を備えた回転するホイールである、いわゆる「チョッパー」によって当該放射
をパルス化することによって伝統的に確立されている。これは、当該ＩＲ検知機
から観察されるように、当該高温放射源と当該低温チョッパー・ブレードの間に
おいて大きな温度振幅を生成する。それらの放射パルスは、その後、正確に計算
されることが可能である。何故なら、それらの温度は、当該ＩＲ放射源及び当該
チョッパー・ブレードの両方に関して知られていることになるからである。しか
しながら、それらのパルスは、１つの所定の周波数に対してのみロックされるも
のであり、当該技術は、最新の電子技術に対して適応されていない可動部分を備
えるように成した、高価で融通の利かないしばしば専用の機器に依存する。８０
年代において、そのようなチョッパー式の放射源は、当該放射源が電気パルスに
よって加熱され、当該放射源の直接的な被覆物に対する熱伝導によって冷却され
るように成した、電気的に変調され得る放射源に対して相当な程度まで置き換え
られることになった。しかしながら、ここでは、１−１０Ｋというオーダーの振
幅を備えて、当該放射源温度の弱い変調のみが達成されることが可能である。当
該検知機から観察されるように、それらのＩＲ信号は、それに対応する技術的な
計測における感度及び解像度の損失に応じて、その後、相当に弱くなるのである
。更になお、当該放射源の過熱及び冷却に関する物理的な条件が、そのような事
例では余り有効に規定されないので、結果として生じるそれらのＩＲ信号の強度
を予め計算し、当該強度を考慮して当該放射源を設計するということもまた困難
になる。

ＩＲ検知機は、検知機・固有応答性Ｒ［Ｖ／Ｗ］に従って、当該ＩＲ信号を電
気信号に変換する。次に、それらの電気信号は、標準的な電子的増幅及び信号処
理を受けることになる。当該ＩＲ信号は、それらのＩＲパルスの当該強度と共に
増大する。従って、当該放射源にとって、大きな温度振幅ΔＴが不可欠なのであ
る。しかしながら、それらの計測は、主として当該検知機によって引き起こされ
るものであるノイズによっても限定される。この点に関して、ＩＲ検知機は、そ
れらの「ノイズ等価出力」、ＮＥＰによって規定されるものであり、当該ＮＥＰ
は、それらの信号電子機器の電気的な帯域幅Δｆの平方根；ＮＥＰ〜（Δｆ）^１
^／２と共に増大する。一般に使用される大部分のＩＲ検知機では、当該ノイズが
、低周波数における当該周波数に逆比例して、いわゆる１／ｆノイズで増大する
ものであり、典型的には５００〜１，０００Ｈｚを越える周波数においてのみ安
定した低いレベルに達するということもまた通例のことである。チョッパー式の
ＩＲ放射源を使用すると、これは、しばしば１，０００Ｈｚ又はそれ以上という
オーダーのものである十分に高いパルス比率におけるチョッピングによって解決
される。しかしながら、電気的に変調されるＩＲ放射源では、それは実行可能で
はない。何故なら、それらの変調周波数は、約１００Ｈｚに限定されることにな
り、その場合にも、１Ｋのみというオーダーの温度振幅を備えることになるから
である。これは、結果として、既存の電気的に変調されるＩＲセンサにおける小
さなＩＲ信号及び大きな１／ｆノイズを生じることになる。

ＩＲ計測の品質は、良好な計測がΔＴに比例して（Δｆ）^１／２に逆比例する
ように成した信号ノイズ比によって；即ちＳ／Ｎ〜ΔＴ／（Δｆ）^１／２によっ
て提示される。ΔＴ及びΔｆが付与されると、当該センサの特性は、このように
して、その構造上の成形、設計及び製品をベースとしてかなり正確に計算され得
ることになるのである。既存の技術においても、当該計測において小さな電気帯
域幅を採用することによってＳ／Ｎを増大させるということが試みられる。これ
は、それらの検知電子機器の中に狭い帯域幅の電子的なフィルタを包含させるこ
とによって行われるものであり、当該フィルタは、その選択パルス周波数ｆの近
傍のみにおける非常に限定的な周波数帯域幅Δｆの範囲内において電気信号を通
すことになる。チョッパー式ＩＲ放射源を備えたセンサの場合、及び特には、当
該周波数が低くて、当該検知機からの当該１／ｆノイズが高く、従って当該帯域
幅が更に狭められなければならない変調ＩＲ放射源の場合には、これは、この両
者の事例が、あらゆる単一の計測が数秒から数分にまで渡る長い時間を必要とす
るということを暗示する。時間変化する信号のための時間解像度は、このように
して劣化するのである。更になお、それらの計測は、連続的なシーケンスにおい
て実行されるものであり、それらの放射源は、常時オンになっていて、大量の電
流を引き出すことになる。それらの長時間の定数に加えて、これらのものは、既
存のＩＲガス・センサに関わる更なる欠陥なのである。

米国特許明細書第５，２２０，１７３号は、それらのパルスの間における熱放
射によって冷却されるように成した電気パルス式の熱ＩＲ放射源に関するその開
示によって、それらの問題に対する１つの実行可能な解決策を公開している。放
射冷却式のＩＲ放射源は、１００Ｋ又はそれ以上というオーダーの温度変化を、
それに対応する強力なＩＲパルスを備えて達成することが可能である。その可能
性は、その後、当該放射源がパルスの間で切られるように成して、選択された時
間における単一パルスに拠る計測を実行するためにも存在することになる。これ
は、ＩＲ信号がチョッパーによって獲得されるものに接近するように成して、良
好な時間解像度及び低い電流負荷を供給することも可能である。しかしながら、
前記米国特許は、パルス発振される放射冷却式の熱ＩＲ放射源の当該製品に関し
てのみ、必要な条件を提供するものである。当該特許は、如何にして所定の好適
な大きさの温度振幅が達成され得るのかということについて如何なる解答をも提
示するものではなく、如何なるパルス長が使用され得るのかということについて
何のアドバイスをも提示していないのである。そのような情報は、例えば、所定
の技術的な計測作業のための信号強度、時間解像度、Ｓ／Ｎ比などに関して最適
化される実際のＩＲセンサを形成するときに、その性能及び収率が具体的な用途
によって設定される要求事項から決定されることになるＩＲ放射源を産み出すた
めに極めて重要である。

本発明は、その開始点として前記米国特許明細書第５，２２０，１７３号を採
用するものであり、強力且つ完全に規定された単一のＩＲパルスを備えたＩＲ放
射源が如何にして形成され得るのかということを教示している。当該ＩＲ放射源
は、導電性のフォイル形状の材料によって形成されるものであり、それは、所定
の時間のエレメントに渡って維持され、適当な電気駆動回路からの電流のパルス
に拠る励起を受けるように成した、高い温度Ｔ_ｍから放射するということが想定
される。標準的には、当該温度は、当該放射源がカバーすることになるスペクト
ル領域に依存して設定されるものであり、しばしば、Ｔ_ｍは、８００〜１，００
０Ｋの領域内において見出されることが可能である。プランクの放射則に従って
、当該放射源は、その後、単位正方形当たりの出力Ｐ＝εσＴ_ｍ ^４で放射するこ
とになる。ε＜１は、当該放射表面の放射率であり、σ＝５，６７・１０^−１２
Ｗｃｍ^−２Ｋ^−４は、ステファン・ボルツマン定数である。当該放出された放射
と比べて、当該放射源は、室温により近いものであるその被包物から戻る放射を
少しだけしか受け取らない。同様にして，当該計測作業は、持続時間θのＩＲパ
ルスを必要とするということが想定される。表面積Ａを使用し、当該放射源が両
側に等しく放射するものであると想定すると、当該ＩＲ放射源は、以下の方程式
によって有効な近似値として提示されるように成した、当該パルスの間における
正味放射エネルギー量を放出することになる。

（１）Ｅ_ｒ＝２ＡεσθＴ_ｍ ^４当該電流パルスが切られると、当該放射源は、低い温度Ｔ_０まで所定の大きな
温度振幅ΔＴだけ急速に冷却されることになり、好適な大きさのＩＲ信号を産み
出すものであると想定される。本発明に拠る本件のＩＲ放射源の場合には、その
ような冷却は、前記米国特許明細書第５，２２０，１７３号に従って、熱放射に
よって行われる。当該フォイル形状材料は、厚さｄを有するように想定される。
Ｔ_ｍからＴ_０までの温度間隔ΔＴに渡って当該放射源を冷却することは、その後
、以下のようなものである熱エネルギー量Ｅ_ｓが当該放射源から取り除かれるこ
とを必要とする。

（２）Ｅ_ｓ＝ＣＡｄρΔＴそこで、ρは、当該密度であり、Ｃは、当該放射源材料の固有の熱容量である。
それに対応するエネルギー量は、当該供給源の温度をＴ_０からＴ_ｍまで上昇させ
るべく、電気エネルギーの形態を採って後続の電流パルスによって供給されなけ
ればならない。当該ＩＲ放射源が前記米国特許に拠る放射冷却の当該要求事項を
満足させるべく、当該放射源は、Ｅ_ｒ＞Ｅ_ｓになるようにして形成されなければ
ならない。ここから、当該ＩＲ放射源が、以下で示されるような関係に従う厚さ
ｄを備えた材料から形成されなければならないように成して、（１）及び（２）
に始まる単純な計算が行われるのである。

（３）ｄ＜２εσθＴ_ｍ ^４／ＣρΔＴ関係式（３）は、寸法ΔＴの温度振幅をパルス長θにおいて実現可能にすべく
、パルス発振される放射冷却式のＩＲ放射源が、如何にして、形成されなければ
ならないのかということを開示している。放射冷却パルス式のＩＲ放射源を形成
するための必要且つ十分な物理的要求事項及び条件は、このようにして、それら
の放射源が産み出すべき温度振幅及びパルス長のそれらの組合せによって決定さ
れるのである。関係式（３）は、新しく且つ全く一般的なものであり、当該放射
源の如何なる面積形状及び寸法のためのものとしても有効である。何故なら、当
該放射源表面のすべての部分が、当該表面に対して直交する熱放射によって、且
つ当該表面に沿った熱伝導からは独立して、局所的に冷却されるからである。関
係式（３）に従って形成されるとき、結果として、大きな放出表面を備えたＩＲ
放射源が、しばしば小さな放射源として迅速にパルス発振され得ることになる。
これは、以前の伝導冷却式放射源では、実行され得なかったことなのである。関
係式（３）は、本発明の特色を特徴付けるものとして請求項１の一部になってい
る。請求項１に拠れば、当該放射源は、当該フォイル形状の材料が全体として加
熱されるか、或いは当該放射源の所定の部分だけがそれらの実際的な温度まで加
熱されるようにして、形成されることもまた可能である。何れにせよ、関係式（
３）に従い且つ請求項１におけるそれに対応する式に従って生じる当該温度Ｔ_ｍ
まで加熱されるべきものは、当該放射源のそれらの部分の厚さなのである。

請求項１は、初めに、ＩＲ検知機及びその他の最新の光学機器及び電子コンポ
ーネント及び製品に類似したような様式に従って、規定の好適な技術的データ及
び仕様を満足させるように成した、電気パルス式ＩＲ放射源の製品を開示してい
る。次に、これは、特定の用途に対して適応させられ、それらの性能がその設計
段階においても計算され規定されることが可能であるように成した、単純且つ安
価なパルス式ＩＲセンサを開発することを可能にする。そのようなセンサそれ自
体も、その先行技術と比較して、相当な新規性を示すものである。その試みは、
それらが１００Ｋ又はそれ以上という頻繁に反復される温度往復に曝されること
になるときに生じる可能性があるそれらの大きな温度歪み及び機械的な歪みにも
耐えることが可能であるように成した、そのようなＩＲ放射源を工業的な規模で
製造するものであることになる。大抵の材料の場合、これは、座屈に拠る破損を
もたらす可能性がある。もう１つの問題として、当該放射源は、加熱の結果とし
て捩れて湾曲する可能性もあり、それは、当該ＩＲ検知機のシフティングＩＲ照
射を備えた不安定な放射源を形成する。本発明は、その目的として、新しい進歩
的な方式及びガスのＩＲ計測のためのセンサにおいて当該放射源及びその品質を
採用するように成した特殊な自蔵式の製品及び機器の中における不可欠な指定コ
ンポーネントの両方として、改良されたＩＲ放射源の工業的な製造のための技術
的なプラットホームを形成することによって、そのようなすべての課題及び問題
のための解決策を提供しなければならないのである。

以下において、本発明は、その特許請求項を参照し且つ注釈することによって
、更には、特に、要点を説明するためにすべての形状及び寸法が歪められること
も可能であるように成した各図面を参照することによって、更に詳細に提示され
て説明されることになる。

図１は、当該ＩＲ放射源の好適な装着を示している。

図２は、当該ＩＲ放射源の好適な形状を示している。

図３は、数個のＩＲ放射源のジョイント装着を示している。

図４は、被包されたＩＲ放射源の具体例を示している。

図５は、その結果として生じるＩＲパルスを備えた好適な電流のパルスを示し
ている。

図６は、ＩＲガス・センサの当該設計を原理的に示している。

図７は、スペクトル分散的なエレメントを備えた２つ又はそれ以上のＩＲ放射
源の使用を示している。

本発明に対する更に深い洞察は、請求項１を更に詳細に検討することによって
達成されることが可能である。その決定的な特色は、当該ＩＲ放射源が技術的な
性能に関連して必要とされるそれらの仕様に従って形成されるべく当該放射源エ
レメントの当該フォイル形状材料の厚さに上限を課すように成した、（３）と同
一の関係式である。前記関係式は、しばしば限定的な範囲のみを許容するように
成した、各材料パラメータε、Ｃ及びρを包含するものであり、εは、各々の事
例において実用的に実行可能である程度に高いものとして選択され、標準的には
０．５と１の間における値であり、Ｃ・ρの積は、大抵の標準材料の場合に、２
〜４ＪＫ^−１ｃｍ^−３という範囲内の値を有する。ＩＲガス計測のために、当該
放出温度は、ほぼ１，０００Ｋであることが可能であり、それは、最大でほぼ３
μｍという波長を備えて当該放射源から広範な温度スペクトルを形成し、大抵の
関連するガスのスペクトルに対して有効に適合される。典型的な値として、Ｔ_ｍ
＝１，０００Ｋ、Ｃ・ρ＝３ＪＫ^−１ｃｍ^−３及びε＝０．８を使用すれば、当
該ＩＲ放射源の厚さに関する当該要求事項は、結果として、以下のように表現さ
れることが可能である。

（４）ｄ＜３／θΔＴ［ｃｍ］多くの実際の状況において、この関係式は、２という因数の範囲内において有
効であることになる。それは、所望の放射源のための仕様を設定するための始点
を提供する。例えば、１００Ｋの温度振幅及び１０ｍｓのパルス長が所望される
場合、当該放射源は、関係式（４）に従って、約３μｍよりも薄い材料によって
形成されなければならないのである。これは、問題の寸法にヒントを与える。多
くの材料の場合に、そのような厚さは、技術的に実現可能であり得るその限界に
接近する。何故なら、実質的に薄手のフォイルは、それ自体の支持において困難
を有する可能性があるからである。

同様にして、当該ＩＲ放射源の実際の用途が５００Ｋという大きさの温度振幅
を必要とするかもしれない場合、そのパルス長もまた、５０ｍｓ又はそれ以上ま
で増大されなければならないことになる。従って、高い時間解像度及び大きなＩ
Ｒ信号は、更なる手段なしでは結合され得ないのである。しかしながら、当該パ
ルス長の限界は、時間解像度の要求事項によってのみ設定されるものではない。
持続時間θのパルスを説明するためには、その幅Δｆが有効な近似値においてΔ
ｆ＝２π／θよって提示されるように成した、周波数スペクトルが必要とされる
。従って、当該検知電子機器は、少なくともこの電気的な帯域幅を有するもので
なければならない。当該周波数スペクトルΔｆは、それらの計測における当該ノ
イズ・スペクトルの当該幅を決定する。言い換えると、当該ノイズは、そのＳ／
Ｎ関係式をＳ／Ｎ〜ΔＴ・（θ）^１／２に変えるようにして、当該パルス長の平
方根ＮＥＰ〜（Δｆ）^１／２〜（θ）^１／２に反比例して増大するのである。従
って、ノイズに関する限りは、長いパルス及び大きなＩＲ信号が好都合である。
何故なら、両者のファクタが、当該Ｓ／Ｎ比の増大に貢献するからである。従っ
て、低いガス濃度の正確な計測のためには、高い時間解像度を犠牲にして、長い
パルスの使用が強調されなければならないことになる。これは、実際的な状況に
おいて、その設計及び製品に関する要求事項及び仕様が請求項１から設定される
ときには、当該ＩＲ放射源が機能することになる特定の用途が、検討されなけれ
ばならないということを示唆する。そのように、しばしば、異なったファクタの
間で妥協しなければならないかもしれないということになるのである。

図１は、電気的な接点として機能することも可能である２つの締付け器具１４
及び１５にその端部を被せて、当該放射源の各端面が当該側面から観察して互い
に所定の角度を為すようにして装着されるように成した、ＩＲ放射源を示してい
る。当該放射源は、その後、それらの固定冶具の間における湾曲形状のブリッジ
として自立したものであることになる。そのような取付けは、当該放射源が大き
な温度振幅で繰返し加熱・冷却されるときの座屈に起因する当該破損の問題を解
決する。好適には、当該放射源は、その接線は当該固定冶具接点における当該放
射源のものに一致するが、湾曲の如何なる急激な変化も形成しないように成した
当該対応する円形部分の中に、当該湾曲の自由に懸架される部分を完全に位置さ
せるようにして、取り付けられることが可能である。それらの締付け器具は、間
隙の中において固定されるべきものであり、当該放射源は、例えば、ネジ、絞込
み、溶接又は類似の手段の使用によって、それらに対して永続的且つ確実に取り
付けられるべきである。これは、当該放射源が電流パルスの間において曲がった
り捩れたりするかもしれないということを回避するものでもある。当該加熱にお
ける当該放射源の反応は、その後、当該検知機に面する軸方向の前後におけるそ
の中央部分の顕微鏡的な運動に限定されることになる。これは、当該材料の中に
誘導される如何なる機械的な応力もなしで行われる。当該検知機から観察される
ように、当該放射源は、当該パルスの間に変化するものでない放射ローブを備え
るように成した、幾何学的且つ位置的に安定した形状によって構成される。この
解決策は、それらの固定冶具表面の間における好適な角度が６０度から１２０度
の領域内において見出され得るということを請求項３が開示するように成して、
請求項２及び３の中に前送りされることになった。

当該加熱をしばしばその長手方向延在部の中央の近傍における当該放射源の好
適な部分に対して位置決めするために、当該放射源は、当該高温領域の中心に向
かって若干テーパ状の形状を付与されることが可能である。それによって、その
熱放出は、図２においてアイテム２１として示されたように、当該放射源の所定
の部分に対して永続的に集中されることになるのである。この領域の外側におい
て、その幅は、一定であることが可能であり、或いは、これもまた図２に示され
ているように、それが２つの幅広な端部２２及び２３に向かって拡がることも可
能である。両者の選択肢は、請求項４の中に包含されている。当該局所的な電気
加熱は、当該幅の２乗で減少するので、前記図面において示されたような解決策
は、それらの固定治具に対する熱伝導によって生じる熱損失を削減するためにも
役立つことになる。更になお、当該放射源の機械的な位置もまた、更に安定化さ
れるのである。伝熱損失の実行可能な削減によって、当該加熱の同様な局所化は
、請求項５において開示されるように、当該熱が主として蓄積されるべき当該領
域に向かって、当該放射源の厚さをそれに対応する様式で変化させることによっ
て獲得されることもまた可能である。請求項４及び５のそれらの設計は、同じ１
つの放射源エレメントに対して結合されることもまた可能である。工業的な文脈
において、当該放射源の当該成形は、好適には、打抜き、エッチング又はその他
の冷間加工によって為されることが可能である。

多くの用途では、図３において示され、請求項６において開示されるように、
列を為して或いは２次元マトリックスの中において、数個のＩＲ放射源を一緒に
接近して取り付けるということもまた、好適であろう。これらのものは、その場
合には、例えば、特に大きくて強力なＩＲ放射源を組み込むべく、２つ又はそれ
以上のエレメントが同時に励起されるようにして、電気的に連結されることが可
能である。代替的に、それらの放射源エレメントは、例えば、異なったスペクト
ルのＩＲパルスの時間マルチプレックス処理において、或いは温度可変式のシー
ンス即ち画像をシミュレーションするために、１つ又はそれ以上のエレメントが
その他のエレメントから独立して励起されるようにして、連結されることもまた
可能である。そのような請求項６の実施例は、請求項７及び８に開示されている
。

請求項９〜１３は、当該ＩＲ放射源を製造するために使用され得る種々の材料
の選択を開示している。請求項９において開示されるような所定の金属、合金及
び金属ガラスは、ミクロンの厚さの圧延フォイルとして工業的に存在する。例え
ば、数種のニッケル・クロム・鉄ベースの合金は、極端な温度環境において使用
されるものとして形成されるものであり、しばしば、それらの自然な状態におい
て高い放射率を有するものでもある。金属ガラスの場合のように、多くのセラミ
ック材料もまた、所定の導電性を備えて形成されることが可能である。セラミッ
クは、請求項１０に従ってＩＲ放射源を製造するために活用され得るように成し
て、液体状態から好適の形状及び厚さになるように被着されることが可能である
。更に、請求項１１に従って半導体材料から形成されるＩＲ放射源は、特にはシ
リコンだけでなくその他のものも、ドーピングして、好適な形状になるようにエ
ッチング及びその他の技術などの処理を受けさせるということは、自明な選択で
あろう。更になお、カーボン・ベースの化学的作用は、請求項１２において開示
されたように、フラーレンだけでなくカーボン・ベースのダイヤモンド状ネット
ワーク及びその他のフォーマットをも含んで成る新しい種類の材料がＩＲ放射源
を製造するために使用されることが可能であるように成して、急速に開発されて
いる。請求項１３において開示されるような多孔性材料は、特殊な選択肢を示し
ている。何故なら、矩形重量当りの低い密度（即ち小さなρ）及び大きな機械的
強度は、同様な温度振幅及び物理的な厚さの場合には、均質な材料によって獲得
され得るものよりも短めのＩＲパルスが獲得されることを許容し得ることになる
からである。開示されたそれらの材料は、広範な選択肢によって構成されるもの
であるが、それらの各々の材料は、本発明に拠るＩＲ放射源の製造に関して種々
の利点を提示することが可能なのである。

しかしながら、開示されたそれらの材料の幾つかは、それらの自然な状態では
低い放射率を有するかもしれない。高い放射率は、急速且つ強力な放射冷却及び
強力なＩＲ信号を獲得するために重要である。従って、当該放射率εが、請求項
１の特徴付け関係式の中に算入されているのである。請求項１４において開示さ
れるように、当該放射源材料の当該表面に対して顕微鏡的な深部構造「テクスチ
ャ」を添付すれば、当該放射率は、ほぼその理論的な最大値に達するまで改良さ
れることも可能である。この目的のためには、例えば、化学的なエッチング及び
真空内におけるイオン／プラズマ処理のように、或る程度まで特殊な効果を獲得
するために当該テクスチャに対して体系的な形状を付与するようにして手配され
ることが可能であるように成した、確立された多数の方法が存在している。

時間の経過に伴う当該ＩＲ放射源の安定性及び再現性に関しては、ガス抜きさ
れるか又はその他の方法によって反応性ガスを排除された、気密に密閉される被
包物の中に当該放射源を入れておくことが好都合であろう。効率的な放射冷却は
、当該放射源が、可能な限り自由に両側に放射させることによってその熱を処理
し得るものであるということを要求する。しばしば、当該放射源の前部からのも
のだけでなくその後部側からの信号をも採用するということが、望まれることも
また可能である。図４は、２つの窓４２及び４３を備えて、当該放射源に対して
電流を供給するための電気供給貫通孔４４及び４５をも備えるように成して、被
包物４１の中に装着されたＩＲ放射源４０の具体例を示している。この解決策は
、当該放射源の対向する表面の少なくとも１つに対して適用されるＩＲ透過窓を
備えた被包物を含んで成るようにして、請求項１５に開示されている。もう１つ
の解決策は、当該被包物がＩＲ透過ガラス又はその他のＩＲ透過材料によって形
成される球状又は円筒状の形状を有するように成し、残りの救済策は請求項１５
におけるものと同様であるように成して、請求項１６に開示されている。異なっ
た解決策のバリエーションもまた、実行可能であろう。

問題のそれらのＩＲパルスは、加熱段階、放出段階及び冷却段階という３つの
明確な段階によって構成される。有効に規定されるＩＲパルスを達成するために
は、各々のパルスのためのその運転温度まで当該放射源を急速に加熱することが
好適である。これは、高い電流を搬送するものであって、そのエネルギー内容が
少なくとも上述の方程式（２）のＥ_ｓに整合するように成した、第１の部分を備
えた電流パルスの使用によって達成されることが可能である。実際において、そ
れらの加熱段階及び冷却段階がほぼ等しい持続時間のものであるならば、当該電
流パルスのこの初期部分は、実際には２Ｅ_ｓにほぼ近似したエネルギーの量を包
含しなければならない。当該電流パルスの当該第１部分は、当該放射源をその運
転温度Ｔ_ｍにまで持って行くようにして調節される。その後、当該電流は、当該
運転温度を維持すべく機能するように成した、所定の安定した低いレベルにまで
削減される。この解決策は、請求項１７に開示されている。図５は、そのような
好適な電流パルス５３の具体例と、その結果として生じる当該放射源の温度記録
５４とを示している。当該安定したレベルの当該電流パルスの当該持続時間５５
は、当該ＩＲパルスの当該所望の長さθに対して適応される。当該放射源は、当
該放出段階の間、更に加熱されることにはならないので、この段階において当該
放射源に対して供給される実質的なすべての電気エネルギーは、熱エネルギーと
して放射されることになる。これは、高いエネルギー効率を保証する。当該電流
パルスが切られると、当該加熱段階の間に当該放射源の中に貯蔵されていた当該
熱エネルギーは、継続する放射によって急速に取り除かれることになる。これは
、当該温度が低下し続けるときに弱まるように成した強力な初期冷却を備えた短
い冷却段階を形成する。

請求項１８は、本発明に従った１つ又はそれ以上のＩＲ放射源に拠るガスに関
するパルス様式の確認、計測及び／又は警報のための方法を開示している。当該
方法は、当該計測が本発明に従って製造されたパルス式のＩＲ放射源を使用する
パルス様式で行われるという点で、先行技術のＩＲセンサにおいて適用される同
様な方式とは明確に異なっている。これは、当該方法において使用され得るそれ
らのパルス長に対して所定の制限を加える。図６は、当該方法が電気的な駆動回
路６２によって励起されるＩＲ放射源６１によって実行される原理を示している
ものであり、そこでは、当該ＩＲ放射は、光学エレメント６３を経由し、ガス６
４の開放容積又は封鎖容積及びスペクトル選択的なエレメント６５を介してＩＲ
検知機６６に対して案内され、その後には、結果として生じるそれらの信号の増
幅、処理及び／又は表示のための電子機器６７が続いている。図６の個々のコン
ポーネントの当該順番は、重要なものではなく、所望の通りに変更されることが
可能である。当該方法を実行する際には、Ｃ，ρ及びεの所定の値を備えた材料
から請求項１に従って製造されたものであり、その極めて重要な仕様の１つとし
て実際的且つ具体的な厚さｄ_０によって特徴付けられるように成した、ＩＲ放射
源をとりわけ自由に有することが可能である。

先ず初めに、当該方法は、当該放射源が運転されることになる温度Ｔ_ｍ及び温
度振幅ΔＴ_１を決定することによって特徴付けられることになる。有効な単一パ
ルス計測を獲得するために、ΔＴ_１は、好ましくは、１００Ｋより大きなもので
あるようにして選択されるべきである。第２に、且つ当該方法に特有であるよう
に、当該方法が実行することになるそれらの計測のために如何なるパルス長θ_１
が使用され得るのかということが決定されなければならない。関係式（３）によ
って、それに関係するパルス長は、以下の関係式を満足させなければならないも
のであるということが見出される。

（５） θ_１＜（Ｃρｄ_０／２εσＴ_ｍ ^４）ΔＴ_１結果として、請求項１８に従って、当該方法は、手近にある実際の既存のＩＲ
放射源のためのものであり、且つ関係式（５）に従って、本発明に拠って製造さ
れる放射冷却式のＩＲ放射源に関してもとにかく許容されることが可能であるよ
うに成した、それらのパルス長θ_１、当該ＩＲ放射源の当該温度Ｔ_ｍ及び温度振
幅ΔＴ_１のための選択されたそれらの値に従って、実行されるということによっ
て特徴付けられる。しかしながら、これから結果として生じるそれらのパルス長
θ_１が、当該計測のために設定されていた当該時間解像度に比較して、初めに長
過ぎる場合には、実際の材料及び計測のための技術的なパラメータ及び仕様に相
当し得る程度において、Ｔ_ｍ及び／又はΔＴ_１のためにその他の値を選択するこ
とによって、最適化が、行われなければならない。これは、十分に短くて、それ
でもなお関係式（５）を満足させるが、当該開始点に比較してＴ_ｍ及び／又はΔ
Ｔ_１のための値が調節されるように成して、当該パルス長θ_１のための新しい値
が確立されるまでは、繰返しプロセスによって達成されることが可能である。上
述のように、請求項１に注釈すると、より短いθ_１の方向におけるそのような最
適化のために支払われるべき当該代価、及びΔＴ_１が一定に留まるか或いは削減
されなければならない場合は、当該計測における電子的なノイズが増大すること
になるということである。

請求項１９は、当該方法を更になお規定している。図５を参照すると、これは
、当該放射源が当該低い温度レベルＴ_０から放射するときにΓ_１と呼ばれる時間
の間隔５１の範囲内、及び当該ＩＲ放射源が当該高い温度レベルＴ_ｍから放射す
るときにΓ_２と呼ばれるものであって、当該パルス長θ_１よりも小さいか又は等
しいものであるように成した、同様な時間間隔５２の範囲内において、当該ＩＲ
検知機からのそれらの電気信号の総和によって生じるものである。当該技術的な
文献では、所定の時間間隔内において機能するそのような計測技術は、「有蓋車
積分法（ｂｏｘ−ｃａｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）」と呼ばれている。当該方
法は、信号が周波数軸に沿って、且つ所定の変調又はチョップ周波数における所
定の周波数間隔の範囲内において総計されるように成した、既存のＩＲセンサに
おいて使用されるものに対して相補的なものであるが、請求項１９に従った当該
方法では、信号は、時間軸に沿った所定の時間間隔の範囲内において総計される
のである。それらの２つの時間間隔の間における総計された信号の当該差は、そ
の他の点では一般的な技術と同様にして、当該実際のＩＲ検知機を照射するパル
ス様式のＩＲ放射の当該量の計測値として使用される。当該ノイズを削減するた
めには、２つの連続的なパルスの間における当該時間展開によって設定されるそ
れらの限界内において、可能な限りΓ_１を大きく形成するということが好都合で
あろう。

請求項２０は、請求項１８において開示された当該方法の具体的な実施例のた
めのセンサを開示している。図６を参照すると、当該センサは、上述の請求項１
８に関連して論議された当該方法において引用されているものと同じそれらのコ
ンポーネントを含んで成ることが可能である。従って、当該センサは、請求項１
に従って製造されたものであり、その他のファクタの間において、その極めて重
要な仕様の１つとして実際的且つ具体的な厚さｄ_０によって特徴付けられるよう
に成した、ＩＲ放射源を含んで成る。当該センサが具体化することになる当該方
法に対応する様式において、当該センサは、当該ＩＲセンサが高い温度レベルＴ
_ｍにおける明確な温度振幅ΔＴ_１を備えて、関係式（５）を満足させるパルス長
θ_１をも備えるようにして操作されるが、そこでは、ΔＴ_１だけでなくＴ_ｍ及び
θ_１もまた、請求項１８においてその実際の計測作業に対して当該方法を適用す
ることの一部として開示されている当該最終的な最適化を受けることも可能であ
るように成したということで特徴付けられる。従って、請求項１８において開示
された当該方法は、請求項２０において開示される当該センサの中に包含される
当該特定のＩＲ放射源のための操作上のパラメータを規定し、且つそれによって
、解決されるべきそれらの計測作業を当該センサが実行することを可能にするそ
れらの必要な条件をも規定するようにして、機能するのである。

請求項２１では、センサが、請求項１９において開示された当該方法をも更に
実現するように成して、請求項２０に従って開示された。このセンサは、前記時
間間隔Γ_１及びΓ_２の範囲内における信号の「有蓋車」積分法のための機器を含
んで成り、前記ガスの容積を介して各々の単一の検知機を照射するＩＲ放射の当
該量の計測値としてそれらの積分信号の間における当該差を登録し或いは計算す
るように成したものである。検知機に到達する放射の当該相対的な量と当該容積
の中に存在するガスの当該量の間には、独特な指数関係が存在するのであり、そ
こからは、当該ガスの濃度が既知の方式で導出されることが可能なのである。

スペクトル選択的なエレメントとして、請求項２１は、問題のそれらのガスに
適応されるようにして、１つ又はそれ以上の赤外線狭帯域フィルタが使用される
ということを開示している。これらは、容易に入手可能なものであり、ルーチン
の事柄として、且つ先行技術においても同様な目的のために大量に適用されるよ
うに成した、標準的な工業用のコンポーネントである。それらのフィルタは、原
理的に、当該放射源と当該検知機の間における如何なる場所に配置されことも可
能である。少なくとも１つのフィルタが、計測されるべき各々のガスのために必
要される。更には、存在し得るそれらのガスの何れのもののスペクトルとも一致
しないように成した、少なくとも１つの余分なフィルタを採用することが有益で
ある。前記余分なフィルタは、例えば、レンズ及び窓の上に溜まった埃のように
、すべてのスペクトル計測に対して同程度に影響するものであると想定されるこ
とが可能であるように成した、ガス以外の外部ファクタに関して、当該計測のた
めのゼロ基準値を確立するために使用される。

スペクトル選択を確立するためのもう１つの様式は、例えばプリズム又は光学
的な回折格子のような分散的なエレメントに拠るものである。これらもまた、Ｉ
Ｒ技術では、標準的なコンポーネントである。請求項２３は、１つ又はそれ以上
のそのような分散的なエレメントの使用を開示するものであり、球状の赤外線光
学的な回折格子をも包含している。後者の選択肢は、１つ又はそれ以上のＩＲ放
射源７１が、球状の回折格子７４を経由して狭いスリット即ち開口７３を介して
検知機７２を照射するように成して、図７に示されている。これによって獲得さ
れる利点は、当該球状の回折格子７４もまたレンズと同様な様式で機能して、当
該ＩＲ放射源からの当該放射を当該検知機に対して集束させるということである
。当該開口の物理的な幅は、その後、しばしば狭帯域フィルタに拠るものよりも
遥かに有効である高い精度で当該ガス・スペクトルの当該スペクトル幅に対して
適応されることが可能である。更になお、種々のスペクトル成分が、当該回折格
子に対する各々のＩＲ放射源の当該位置に従属して、当該開口を通過することに
なる。しかしながら、分散的なエレメントは、スペクトル・フィルタよりも相当
に高価なものである傾向があるので、恐らくは、殆どが、より高価なマルチ・ガ
ス・センサに関係することになるであろう。

請求項２４は、１つ又はそれ以上のＩＲ放射源が２つ又はそれ以上のＩＲ検知
機を照射するように成した、センサを開示している。例えば、１つのＩＲ放射源
は、それらの検知機の各々がガス計測及び基準値の目的のそれぞれのためにそれ
自身のＩＲフィルタを装備されるように成した、２つの検知機を同時に照射する
ことが可能なのである。これは、基準値計測を備えた単純且つ安価な単一ガス・
センサのためのものである関連する解決策でもあり得ることになる。数個の放射
源及び／又は検知機を含んで成るその他の組合せもまた、特殊な目的のためのも
のとして有益であることも可能である。

請求項２５では、異なった時間にパルス発振される数個のＩＲ放射源によって
単一の検知機が照射されるように成した、センサが開示されている。その場合に
は、各々のパルスのためのその時間位置がそのスペクトル内容を独特に規定する
ように成して、それらのスペクトル信号を時間マルチプレックス処理の機会が生
じることになる。これは、例えば、それらのＩＲフィルタをそれらのＩＲ放射源
に接近して配置することによって、行われることが可能である。しかしながら、
最も洗練されたものとして、時間マルチプレックス処理は、当該スリット７３が
当該回折格子の１つの焦点の中に配置され、それらのＩＲ放射源７１が当該回折
格子のもう一方の側面における焦点ラインに沿って配置されるように成して、図
７において示されたような球状の回折格子によって遂行されることも可能である
。各々のＩＲ放射源は、その場合には、明確な時間におけるそれ自身の明確なス
ペクトルＩＲパルスによって当該検知機を照射する。それらのＩＲ放射源の後部
側において共通の基準値検知機を使用すれば、１つ又はそれ以上の放射源からの
放射の如何なる変動をも連続して補正することが可能であることになる。

ＩＲ検知機は、標準的には、ｍｍ^２のオーダーの非常に小さなものであるので
、光学機器が、しばしば、当該ＩＲ放射源から十分な量の放射を捕集するために
必要とされることになる。既に前述したように、本発明に拠れば、小さな放射源
と同程度に急速且つ頻繁にパルス発振され得るように成した、大きなＩＲ放射源
を形成することが実行可能であることになる。結果として、当該ＩＲ放射源に対
して短い間隔を備えるだけで、当該検知機は、比較的大きな実質的な角度で当該
放射源を観察することになる。光学機器が欠けているとしても、当該検知機は、
その場合には、行われるべき当該計測のための十分な放射をインターセプトする
ことが可能である。請求項１８及び２０において規定されたようなそれらの光学
機器は、その場合には、当該ガス容積を介する自由且つ障害のない伝搬によって
単純に構成されることが可能である。請求項２６は、このようにして形成される
ように成した、センサを開示している。それは、同じ１つのセンサのために数個
の検知機を採用するようにして、非常に容易に適応されることが可能である。そ
れが、高いガス濃度を計測することになって、当該ガス容積を介する短い通路を
必要とするときには、請求項２６に従った設計が好適であり得ることになる。こ
れは、機械的な故障及び製造の間のコンポーネントの取付けにおける位置決めミ
スに対して、当該センサを非常に強固なものにすることになる。

最良のＩＲ検知機は、半導体材料によって形成されるものであり、それは、し
ばしば、低いノイズ条件に到達するために冷却を必要とするものでもある。従っ
て、それらは、一般に相当に高価なものであることになる。実際に、当該ＩＲ検
知機は、しばしば、ＩＲセンサの中における最も高価な単一のコンポーネントな
のである。特に、変調式のＩＲ放射源を使用するときには、それらの微妙なＩＲ
信号の故に、そのような優れた検知機を採用することが必要だったのである。し
かしながら、本発明によって獲得されるそれらの大きな信号は、遥かに単純で安
価な検知機の使用を可能にする。とりわけ、本質的には直列に接続される１列の
熱伝対であるサーモパイル検知機が、特に興味深いものである。それらは、廉価
且で単純であるが、それらの半導体検知機に比較して、低い感度と高いノイズ・
レベルを有する。その一方で、それらは、１／ｆノイズを有するものではない。
何故なら、それらが、純粋な電圧ジェネレータだからである。これは、当該ノイ
ズをそれによって増大させることなく、それらが低い周波数で使用されることを
可能にする。結果として、サーモパイル検知機は、前述の分析に従って、それに
対応する低い周波数における比較的長いパルスを使用して適切にパルス発振され
ることが可能である本件のＩＲ放射源を適用するように成した、センサにおいて
理想的に適しているのである。従って、請求項２７は、本発明に従ったセンサの
中におけるサーモパイル検知機の使用を開示している。特に単純な単一ガス・セ
ンサの場合には、そのような検知機の使用は、それらのセンサをガスのＩＲ計測
及び警報に関して新しい大きなマーケットを開くに足るほど十分に廉価なものに
することが可能なのである。

当初から、それらのセンサは、単一のＩＲパルスにおいて当該計測を遂行すべ
く準備されているものであり、請求項１８〜２１に従って当該作業の技術的な要
請に対して適応されることになったのである。幾つかの文脈において、特には、
時間解像度に高度な要請は存在しないが、計測の精度及び感度が重要になるとき
、請求項２８において開示されるように、同じ１つの検知機からの数個のパルス
に関してそれらの信号を総計することは、１つの補足的な利点であることが可能
である。これは、当該Ｓ／Ｎ比を向上させるものであり、例えば、その相対的な
存在量が百万分の１（ｐｐｍ）又はそれ以下の問題であるように成した屋内及び
屋外の大気中における多くの汚染ガスの計測に関係するものであることも可能で
ある。

一酸化炭素は、ガス・オーブンだけでなく火事におけるものでもある不完全燃
焼に伴う無色且つ無臭のガスである。例えば、火事の犠牲者は、普通、火が完全
に拡がってしまう前に一酸化炭素中毒で死亡するのである。従って、一酸化炭素
の計測は、火災だけでなく中毒性ガスについての改良された警報を導き出すこと
が可能であり、それらの業界では、そのような必要が存在するということが認識
されている。しかしながら、それらの複雑性及び価格の故に、ＩＲセンサは、今
のところ、前記目的に対して大規模に適用されるまでに至るものではなく、その
一方で、その他の種類のガス・センサもまた、十分に信頼できるものとは見做さ
れていないのである。計測されて警報が出されなければならない実際のガスの濃
度は、両者の事例では、１００ｐｐｍというオーダーの問題である。これは、本
件センサの範囲内にある。請求項２９は、関連する時宜を得た用途として前記目
的のための一酸化炭素についての検出及び警報を開示している。その目標は、全
く異なった計測の原理に基づく既存の技術に対抗できるほど十分にそれらのセン
サを廉価にするということなのである。

医学及び生理学は、ガス計測の重大且つ重要な応用分野を構成するものである。
伝統的に、これは、特には呼吸における二酸化炭素の計測に関するものであり、
それが、身体のエネルギー消費量に関する情報を提供するのである。これは、患
者及びスポーツ選手、及び人口の大部分にも関係する。しかしながら、呼吸にお
けるガスの計測は、例えば糖尿病ではアセトンが放出されるようにして、所定の
病気に関連して特殊なガスが身体の中で形成されることがあり得るので、診断に
おいて使用されることもまた可能である。既存の機器は、複雑且つ高価であり、
吐き出されたガスが後の分析のために大きな袋の中において捕集されるので、し
ばしば、各々の計測のために長い時間を必要とすることになる。本発明に従った
センサは、人間及び動物の両方において使用されるようにして、より経済的且つ
単純な機器を開発するということを実現可能にする。請求項３０において開示さ
れるように、センサは、理想的にはスタンド・アローン式のユニットとして、代
替的には、ホース及びその他の装置を含んで成る所定の大型の計器の中における
コンポーネントとしても、口の開口部の前に取り付けられることが可能である。
必要とされ得るようなスペクトル基準値の読取り値を確立することに加えて、呼
吸空気に関する計測は、肺から吐き出されるガスに関して呼吸サイクル毎に１回
のゼロ・レベル基準値をも提供する。更になお、２回の連続的な呼吸の間の時間
は、多くの状況において、吐き出された当該ガスの容積の計算を支援するために
有益であり得ることになる呼吸頻度のための単純な手段をも提供することが可能
である。何故なら、当該ＩＲ計測それ自体は、当該ガスの濃度だけを計測するか
らである。その結果、前記用途の興味深いバリエーションは、技術の効率及びエ
ネルギー支出を最適化して改善するというオプションを備えるようにして、スポ
ーツ選手（及び動物）が運動の間に吐き出された二酸化炭素をモニターするため
に使用されるセンサであるということになるのである。

【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１２年６月２１日（２０００．６．２１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】先ず初めに、当該方法は、当該放射源が運転されることになる温度Ｔ_ｍ及び温
度振幅ΔＴ_１を決定することによって特徴付けられることになる。有効な単一パ
ルス計測を獲得するために、ΔＴ_１は、好ましくは、１００Ｋより大きなもので
あるようにして選択されるべきである。第２に、且つ当該方法に特有であるよう
に、当該方法が実行することになるそれらの計測のために如何なるパルス長θ_１
が使用され得るのかということが決定されなければならない。関係式（３）によ
って、それに関係するパルス長は、以下の関係式を満足させなければならないも
のであるということが見出される。（５） θ_１＞（Ｃρｄ_０／２εσＴ_ｍ ^４）ΔＴ_１結果として、請求項１８に従って、当該方法は、手近にある実際の既存のＩＲ
放射源のためのものであり、且つ関係式（５）に従って、本発明に拠って製造さ
れる放射冷却式のＩＲ放射源に関してもとにかく許容されることが可能であるよ
うに成した、それらのパルス長θ_１、当該ＩＲ放射源の当該温度Ｔ_ｍ及び温度振
幅ΔＴ_１のための選択されたそれらの値に従って、実行されるということによっ
て特徴付けられる。しかしながら、これから結果として生じるそれらのパルス長
θ_１が、当該計測のために設定されていた当該時間解像度に比較して、初めに長
過ぎる場合には、実際の材料及び計測のための技術的なパラメータ及び仕様に相
当し得る程度において、Ｔ_ｍ及び／又はΔＴ_１のためにその他の値を選択するこ
とによって、最適化が、行われなければならない。これは、十分に短くて、それ
でもなお関係式（５）を満足させるが、当該開始点に比較してＴ_ｍ及び／又はΔ
Ｔ_１のための値が調節されるように成して、当該パルス長θ_１のための新しい値
が確立されるまでは、繰返しプロセスによって達成されることが可能である。上
述のように、請求項１に注釈すると、より短いθ_１の方向におけるそのような最
適化のために支払われるべき当該代価、及びΔＴ_１が一定に留まるか或いは削減
されなければならない場合は、当該計測における電子的なノイズが増大すること
になるということである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G020 AA03 BA02 BA12 CA02 CB04 CB42 CB52 CB53 CC02 CC26 CC42 CD03 CD13 CD26 CD36 CD51 2G059 AA01 BB01 CC04 DD13 EE12 GG08 HH01 JJ05 JJ06 JJ11 KK01 MM01 PP10 4C038 SS00 ST00 SU19 SX01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】低い温度レベルＴ_０から電流のパルスによって持続時間θ時間周期
に渡って維持される所定の高い温度レベルＴ_ｍまで部分的又は全体的に加熱され
るように成し、熱放射によって各々の前記電流パルスの後にパルス様式で冷却さ
れるように成した、薄いフォイル形状の材科によって形成される導電性エレメン
トと、電流の前記パルスの形態を採って前記導電性エレメントに対してエネルギ
ーを供給すべく準備される電気的な手段とを含んで成るパルス発振され放射冷却
式の熱赤外線放射源であって、前記高い温度レベルＴ_ｍまで部分的又は全体的に
加熱される前記導電性エレメントのそれらの部分の厚さは、以下の関係式を満足
させるように成し、ｄ＜２εσθＴ_ｍ ^４／ＣρΔＴそこでは、σ＝５，６７・１０^−１２Ｗｃｍ^−２Ｋ^−４は、ステファン・ボル
ツマン定数であり、ΔＴ＝Ｔ_ｍ−Ｔ_０は、前記高い温度レベルと前記低い温度レ
ベルの間の差であり、ε＜１は、放射率であり、ρは、当該密度であり、Ｃは、
前記フォイル形状の材料の固有熱容量であり、当該記号＜は、「よりも小さい」
を意味するように成したということで特徴付けられる、前記パルス発振される放
射冷却式の熱赤外線放射源。
【請求項２】前記導電性エレメントは、電気的な接点としても機能し得るように
成した２つの締付け器具の間における湾曲形状のブリッジとして取り付けられる
ように成したということで特徴付けられる、請求項１に記載の赤外線放射源。
【請求項３】前記導電性エレメントは、前記湾曲形状のブリッジのそれらの２つ
の端部が、互いに対して６０度から１２０度のオーダーの角度を形成するように
して、前記締付け器具に被せて締め付けられるように成したということで特徴付
けられる、請求項２に記載の赤外線放射源。
【請求項４】前記導電性エレメントは、当該フィラメントの各端部の近傍におい
て大きめである幅を有するように成し、当該幅は、前記高い温度レベルまで加熱
される当該エレメントのそれらの部分の当該中央に向かってテーパ形状を有する
ように成したということで特徴付けられる、請求項１、２又は３に記載の赤外線
放射源。
【請求項５】前記導電性エレメントは、当該フィラメントの各端部の近傍におい
て大きめである厚さを有するように成し、当該厚さは、前記高い温度レベルまで
加熱される当該エレメントのそれらの部分の当該中央に向かって減少するように
成したということで特徴付けられる、請求項１〜４の１つ又はそれ以上のものに
記載の赤外線放射源。
【請求項６】２つ又はそれ以上の対応する導電性エレメントは、１次元又は２次
元の構成において互いに接近して取り付けられるように成したということで特徴
付けられる、請求項１〜５の１つ又はそれ以上のものに記載の赤外線放射源。
【請求項７】前記２つ又はそれ以上の対応する導電性エレメントの少なくとも２
つは、互いに対して電気的に接続され、同じ１つの電流のパルスによって電気エ
ネルギーを供給されるように成したということで特徴付けられる、請求項６に記
載の赤外線放射源。
【請求項８】前記２つ又はそれ以上の対応する導電性エレメントの１つ又はそれ
以上は、互いに且つそれらの残りのエレメントから電気的に独立して連結される
ように成し、それらの残りのエレメントから独立して個々の電流のパルスによっ
て電気エネルギーを供給されるように成したということで特徴付けられる、請求
項６又は７に記載の赤外線放射源。
【請求項９】前記フォイル形状の材料は、金属、又は鉄、ニッケル、クロム、モ
リブデン、アルミ、コバルト、チタンを含んで成る金属合金、及び／又は金属ガ
ラスによって構成されるように成したということで特徴付けられる、請求項１〜
８の１つ又はそれ以上のものに記載の赤外線放射源。
【請求項１０】前記フォイル形状の材料は、セラミック材料を含んで成るように
したということで特徴付けられる、請求項１〜８の１つ又はそれ以上のものに記
載の赤外線放射源。
【請求項１１】前記フォイル形状の材料は、半導体材料を含んで成るようにした
ということで特徴付けられる、請求項１〜８の１つ又はそれ以上のものに記載の
赤外線放射源。
【請求項１２】前記フォイル形状の材料は、フラーレンを包含するカーボン・ベ
ースの材料と、１つ又はそれ以上のダイヤモンド状ネットワークによって構成さ
れる材料とを含んで成るようにしたということで特徴付けられる、請求項１〜８
の１つ又はそれ以上のものに記載の赤外線放射源。
【請求項１３】前記フォイル形状の材料は、多孔性材料を含んで成るようにした
ということで特徴付けられる、請求項１〜８の１つ又はそれ以上のものに記載の
赤外線放射源。
【請求項１４】前記フォイル形状材料の当該表面は、テクスチャ形成される顕微
鏡的な深部構造を付与されていたように成したということで特徴付けられる、請
求項１〜１３の１つ又はそれ以上のものに記載の赤外線放射源。
【請求項１５】前記導電性エレメントは、反応性ガスを排除された気密に閉鎖さ
れる被包物の中に装着されるように成し、前記エレメントの対向する表面の少な
くとも１つに対して適用される少なくとも１つの赤外線透過性の窓を含んで成り
、前記導電性エレメントに対して前記電流のパルスを供給するための電気供給貫
通孔をも備えるように成したということで特徴付けられる、請求項１〜１４の１
つ又はそれ以上のものに記載の赤外線放射源。
【請求項１６】前記導電性エレメントは、反応性ガスを排除された気密に閉鎖さ
れる球状又は円筒状の被包物の中に装着されるように成し、当該被包物は、赤外
線透過性ガラス又はその他の赤外線透過材料によって形成されるように成し、前
記エレメントは、好適には、主として当該球状物又は円筒物の長手方向軸に対し
て直交する方向において放射するようにして準備されるように成し、前記導電性
エレメントに対して前記電流のパルスを供給するための電気供給貫通孔を含んで
成るようにしたということで特徴付けられる、請求項１〜１４の１つ又はそれ以
上のものに記載の赤外線放射源。
【請求項１７】前記電気的な手段は、電流のパルスによって前記導電性エレメン
トに対して電気エネルギーを供給すべく準備されるように成し、当該電流のパル
スの各々の１つは、好ましくは、前記エレメントを前記高い温度レベルＴ_ｍまで
加熱するために強力なアンペア数を有するように成した第１の部分と、好ましく
は、前記持続時間θで定められた時間周期に渡って前記エレメントを前記温度レ
ベルＴ_ｍに維持するために弱くて安定したアンペア数を有するように成した第２
の部分とを含んで成るようにしたということで特徴付けられる、請求項１〜１６
の１つ又はそれ以上のものに記載の赤外線放射源。
【請求項１８】請求項１〜１７の１つ又はそれ以上のものに従った少なくとも１
つのパルス発振される放射冷却式の赤外線放射源によって１つ又はそれ以上の特
定のガスをパルス様式で確認し、計測し及び／又は警報するための方法であって
、電流の単一パルスによって且つ任意の好適な時間のシーケンスにおいて前記少
なくとも１つの赤外線放射源のパルス様式の加熱に対して適応されるように成し
た電気的な手段と、前記少なくとも１つの赤外線放射源からのパルス発振される
赤外線放射の当該検出に対して適応されるように成した少なくとも１つの赤外線
検知機と、前記赤外線放射源と前記赤外線検知機の間に配置されて、前記１つ又
はそれ以上の特定のガスの固有のスペクトル特性に対応する前記赤外線放射のス
ペクトル選択に対して適応されるように成した少なくとも１つの赤外線スペクト
ル選択的なエレメントと、前記赤外線放射源と前記赤外線検知機の間に配置され
るように成したガスの開放容積又は閉鎖容積と、前記赤外線放射源から前記少な
くとも１つのスペクトル選択的なエレメントを経由し前記ガスの開放容積又は閉
鎖容積を介して前記赤外線検知機に対して赤外線放射を案内するようにして配置
されるように成した光学的手段と、前記赤外線放射が前記ガスの容積を介し前記
スペクトル選択的なエレメントを経由して前記赤外線検知機を照射するように導
かれるときに結果としてそのような電気信号を記録し、増幅し、処理し及び／又
は表示するために適応されるように成した電子機器手段とを含んで成る、前記１
つ又はそれ以上の特定のガスをパルス様式で確認し、計測し及び／又は警報する
ための方法であって、前記少なくとも１つの赤外線放射源は、低い温度レベルＴ_０と所定の高い温度
レベルＴ_ｍの間における大きくて好ましくは１００Ｋ以上である温度差ΔＴ_１に
おいて運転されるように成し、前記高い温度レベルＴ_ｍは、前記少なくとも１つの赤外線放射源の各々に関す
る所定の時間周期θ_１に渡って且つ前記電流の単一パルスの各々の範囲内におい
て維持されるように成し、前記時間周期θ_１の時間的な延長として表現される赤外線放射の結果として生
じる前記パルスの当該持続時間は、以下の関係式に対して適合されるように成し
、 θ_１＞（Ｃρｄ_０／２εσＴ_ｍ ^４）ΔＴ_１そこでは、ｄ_０は、前記高い温度レベルＴ_ｍまで加熱されるように成した前記少
なくとも１つの赤外線放射源のそれらの部分の実際の物理的な厚さであるように
成し、それらのＴ_ｍ及びΔＴ_１の値は、当該パルス長θ_１が前記確認、計測及び／又
は警報のための時間解像度の所定の要求事項をも満足させるまでは、必要に応じ
て繰返しプロセスによって調節されるように成したということで特徴付けられる
、前記１つ又はそれ以上の特定のガスをパルス様式で確認し、計測し及び／又は
警報するための方法。
【請求項１９】前記電子機器手段は、前記少なくとも１つの検知機が前記低い温
度レベルＴ_０から放射する前記少なくとも１つの赤外線放射源の１つ又はそれ以
上によって照射されるときの時間間隔Γ_１の範囲内における前記少なくとも１つ
の赤外線検知機の各々からの結果としてそのような電気信号を時間の経過に渡っ
て積分するようにして配置され、且つ前記少なくとも１つの放射源が前記所定の
高い温度レベルＴ_ｍから放射するときの時間間隔Γ_２＜θ_１の範囲内における前
記少なくとも１つの検知機からのそれらの対応する電気信号をも積分するように
して配置されるように成し、前記２つの時間間隔Γ_１及びΓ_２のそれぞれからの
前記積分された電気信号の間の当該差は、前記少なくとも１つの赤外線放射源か
ら前記ガスの容積を介して前記少なくとも１つのスペクトル選択的なエレメント
を経由して前記少なくとも１つの検知機に到達するように成した前記特定のガス
の少なくとも１つのものの特性であるスペクトル帯域内の赤外線放射の当該パル
ス様式の量の計測値として使用されるように成したということで特徴付けられる
、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】請求項１〜１７の１つ又はそれ以上のものに従った少なくとも１
つのパルス発振される放射冷却式の赤外線放射源によって１つ又はそれ以上の特
定のガスをパルス様式で確認し、計測し及び／又は警報するための請求項１８に
従った当該方法の当該実施例のためのセンサであって、電流の単一パルスによっ
て且つ任意の好適な時間のシーケンスにおいて前記少なくとも１つの赤外線放射
源のパルス様式の加熱に対して適応されるように成した電気的な手段と、前記少
なくとも１つの赤外線放射源からのパルス発振される赤外線放射の当該検出に対
して適応されるように成した少なくとも１つの赤外線検知機と、前記赤外線放射
源と前記赤外線検知機の間に配置されて、前記１つ又はそれ以上の特定のガスの
固有のスペクトル特性に対応する前記赤外線放射のスペクトル選択に対して適応
されるように成した少なくとも１つの赤外線スペクトル選択的なエレメントと、
前記赤外線放射源と前記赤外線検知機の間に配置されるように成したガスの開放
容積又は閉鎖容積と、前記赤外線放射源から前記少なくとも１つのスペクトル選
択的なエレメントを経由し前記ガスの開放容積又は閉鎖容積を介して前記赤外線
検知機に対してスペクトル選択された赤外線放射を案内するようにして配置され
るように成した光学的手段と、前記赤外線放射が前記ガスの容積を介し前記スペ
クトル選択的なエレメントを経由して前記赤外線検知機を照射するように導かれ
るときに結果としてそのような電気信号を記録し、増幅し、処理し及び／又は表
示するために適応されるように成した電子機器手段とを含んで成る、前記請求項
１８に従った当該方法の当該実施例のためのものであるセンサであって、前記少なくとも１つの赤外線放射源は、低い温度レベルＴ_０と所定の高い温度
レベルＴ_ｍの間における大きくて好ましくは１００Ｋ以上である所定の温度差Δ
Ｔ_１において運転されるように成し、前記高い温度レベルＴ_ｍは、前記少なくとも１つの赤外線放射源の各々に関す
る時間周期θ_１に渡って且つ前記電流の単一パルスの各々の範囲内において維持
されるように成し、前記時間周期θ_１として表現される赤外線放射の結果として生じる前記パルス
の当該持続時間は、以下の関係式に従って選択されているように成し、 θ_１＞（Ｃρｄ_０／２εσＴ_ｍ ^４）ΔＴ_１そこでは、ｄ_０は、前記高い温度レベルＴ_ｍまで加熱されるように成した前記少
なくとも１つの赤外線放射源のそれらの部分の実際の物理的な厚さであるように
成したということで特徴付けられる、前記請求項１８に従った当該方法の当該実施例のためのものであるセンサ。
【請求項２１】前記電気信号を記録し、増幅し、処理し及び／又は表示するため
に適応されるように成した前記電子機器手段は、前記少なくとも１つの検知機が
前記低い温度レベルＴ_０から放射する前記少なくとも１つの赤外線放射源の１つ
又はそれ以上によって照射されるときの前記時間間隔Γ_１の範囲内における前記
少なくとも１つの赤外線検知機の各々からの結果としてそのような電気信号を時
間の経過に渡って積分するようにして配置されていて、且つ前記少なくとも１つ
の放射源が前記所定の高い温度レベルＴ_ｍから放射するときの前記時間間隔Γ_２
＜θ_１の範囲内における前記少なくとも１つの検知機からのそれらの対応する積
分された電気信号を記録するようにして配置されているようにも成し、前記２つ
の時間間隔Γ_１及びΓ_２のそれぞれからの前記積分された電気信号の間の当該差
を、前記少なくとも１つの赤外線放射源から前記ガスの容積を介して前記少なく
とも１つの赤外線スペクトル選択的なエレメントを経由して前記少なくとも１つ
の検知機に到達するように成した前記特定のガスの少なくとも１つのものの特性
であるスペクトル帯域内の赤外線放射の当該パルス様式の量の計測値として記録
し及び／又は計算するようにして適応されているように成した、機器を含んで成
るようにしたということで特徴付けられる、請求項１９に従った当該方法の当該
実施例のためのものである請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２２】前記少なくとも１つのスペクトル選択的なエレメントは、１つ又
はそれ以上の赤外線スペクトル・フィルタを含んで成るようにしたということで
特徴付けられる、請求項２０又は２１に記載のセンサ。
【請求項２３】前記少なくとも１つのスペクトル選択的なエレメントは、球状の
赤外線回折格子を包含して、１つ又はそれ以上のスペクトル分散的なエレメント
を含んで成るようにしたということで特徴付けられる、請求項２０又は２１に記
載のセンサ。
【請求項２４】前記少なくとも１つの赤外線放射源の１つ又はそれ以上のものが
、前記少なくとも１つの赤外線検知機の２つ又はそれ以上のものを照射するよう
に成したということで特徴付けられる、請求項２０〜２３の１つ又はそれ以上の
ものに記載のセンサ。
【請求項２５】前記少なくとも１つの赤外線放射源の２つ又はそれ以上のものが
、等しくない時間にパルス発振されるように成し、前記２つ又はそれ以上の放射
源の少なくとも２つからの赤外線放射が、同じ１つの赤外線検知機を照射するよ
うに成したということで特徴付けられる、請求項２０〜２３の１つ又はそれ以上
のものに記載のセンサ。
【請求項２６】前記少なくとも１つの赤外線放射源は、別個であるか又は合計し
て、前記少なくとも１つの赤外線検知機の各々の面積よりも大きい表面積を有す
るように成し、前記放射源及び前記検知機は、集束的な光学機器を使用すること
なく前記少なくとも１つの赤外線検知機の各々から観察されるとき、前記表面積
を大きな実質的な角度に延在させるようにして互いに対して光学的な距離に配置
されているように成したということで特徴付けられる、請求項２０〜２５の１つ
又はそれ以上のものに記載のセンサ。
【請求項２７】前記少なくとも１つの赤外線検知機は、少なくとも１つのサーモ
パイル検知機を含んで成るようにしたということで特徴付けられる、請求項２０
〜２６の１つ又はそれ以上のものに記載のセンサ。
【請求項２８】前記電子機器は、前記２つの時間間隔Γ_１及びΓ_２からのもの、
及び前記少なくとも１つの赤外線検知機の各々のための２つ又はそれ以上の連続
的なパルスからのものであるそれらの積分された電気信号の間における当該差を
合計するようにして適応されるように成したということで特徴付けられる、請求
項２０〜２７の１つ又はそれ以上のものに記載のセンサ。
【請求項２９】当該センサは、１００ｐｐｍ又はそれ以下というオーダーの濃度
の一酸化炭素を検出して、前記ガスの濃度が超過されるときには、ガス又は火災
の危険についての警報を提供するようにして適応されるように成したということ
で特徴付けられる、請求項２０〜２８の１つ又はそれ以上のものに記載のセンサ
の適用。
【請求項３０】当該センサは、人間又は動物の各々の単一の呼吸サイクルの間の
呼吸における二酸化炭素及び／又はその他のガスの量を連続して記録するように
して適応されるように成し、当該センサは、口の開口部の前に取り付けられて、
各々のサイクル毎に、吸気の中における各々の単一ガスの含有量を呼気の中にお
ける前記単一ガスの当該量に対するゼロ・レベル基準値として使用するようにし
て適応されるように成し、当該センサは、２回の連続的な吸気及び／又は呼気の
間の当該時間を記録して、呼吸頻度の計測値として当該時間の逆関数を使用する
ようにして適応されるように成したということで特徴付けられる、請求項２０〜
２８の１つ又はそれ以上のものに記載のセンサの適用。