JP2003014641A - 赤外分析装置 - Google Patents
赤外分析装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ファブリペローフィルタの固体差や温度環境
の変化によらず、安定して試料の濃度を測定することを
可能とする赤外分光測定装置を提供すること。 【解決手段】 試料に照射された赤外線の波長による吸
収特性を検出することにより試料に含まれる成分の濃度
を測定する赤外分析装置において、固定鏡とこの固定鏡
に大きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡
とを有し、ギャップに対応する任意所望の波長の赤外線
を選択して透過させるファブリペローフィルタと、ギャ
ップを変化させる駆動電圧を固定鏡に形成された電極と
前記可動鏡に形成された電極との間に印加するギャップ
設定器と、ギャップの大きさを検出するギャップ検出器
と、ギャップ設定器により印加された駆動電圧とギャッ
プ検出器で検出されたギャップの大きさとに基づいて所
望のギャップを得るための駆動電圧を算出してギャップ
設定器にフィードバック出力する信号処理器と、ファブ
リペローフィルタを透過した赤外線の強度を検出して吸
収特性を得る赤外検出器、とを具備することを特徴とす
る赤外分析装置。
の変化によらず、安定して試料の濃度を測定することを
可能とする赤外分光測定装置を提供すること。 【解決手段】 試料に照射された赤外線の波長による吸
収特性を検出することにより試料に含まれる成分の濃度
を測定する赤外分析装置において、固定鏡とこの固定鏡
に大きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡
とを有し、ギャップに対応する任意所望の波長の赤外線
を選択して透過させるファブリペローフィルタと、ギャ
ップを変化させる駆動電圧を固定鏡に形成された電極と
前記可動鏡に形成された電極との間に印加するギャップ
設定器と、ギャップの大きさを検出するギャップ検出器
と、ギャップ設定器により印加された駆動電圧とギャッ
プ検出器で検出されたギャップの大きさとに基づいて所
望のギャップを得るための駆動電圧を算出してギャップ
設定器にフィードバック出力する信号処理器と、ファブ
リペローフィルタを透過した赤外線の強度を検出して吸
収特性を得る赤外検出器、とを具備することを特徴とす
る赤外分析装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線を用いて例
えば大気中に含まれるガスや液体の濃度の測定を行う赤
外分析装置に関するものである。
えば大気中に含まれるガスや液体の濃度の測定を行う赤
外分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】試料として例えば大気中のガス濃度の測
定を行う赤外分光測定装置として、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 Ｉｎｆｒ
ａＲｅｄ）ガス分析計（以下、ＮＤＩＲガス分析計と記
す）が使用されている。
定を行う赤外分光測定装置として、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 Ｉｎｆｒ
ａＲｅｄ）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４は、従来のファブリペローＮＤＩＲガ
ス分析計の構成図である。図４において、ファブリペロ
ーＮＤＩＲガス分析計は、被測定ガスが供給されるガス
セル１と、被測定ガスに赤外線を照射する光源２、任意
所望の波長の赤外線を選択して透過させるファブリペロ
ーフィルタ３、ファブリペローフィルタ３を透過した赤
外線の強度を検出することにより赤外線の波長による吸
収特性を検出する例えばボロメータ、サーモパイル、サ
ーミスタ等からなる赤外検出器４、とからなっている。
ス分析計の構成図である。図４において、ファブリペロ
ーＮＤＩＲガス分析計は、被測定ガスが供給されるガス
セル１と、被測定ガスに赤外線を照射する光源２、任意
所望の波長の赤外線を選択して透過させるファブリペロ
ーフィルタ３、ファブリペローフィルタ３を透過した赤
外線の強度を検出することにより赤外線の波長による吸
収特性を検出する例えばボロメータ、サーモパイル、サ
ーミスタ等からなる赤外検出器４、とからなっている。
【０００４】ファブリペローフィルタ３は、例えばシリ
コンのマイクロ加工技術によって作成され、図５（ａ）
に示すように、例えばシリコン基板上に積層された例え
ば多結晶シリコンからなる固定鏡５と、固定鏡５上にギ
ャップｈ１を介して対向配置された例えば多結晶シリコ
ンからなる可動鏡６とが形成されている。そして、固定
鏡５と可動鏡６とが対向する部分の一部には不純物が高
濃度に注入された導電性の多結晶シリコンからなる電極
（図示しない）がそれぞれ形成されている。
コンのマイクロ加工技術によって作成され、図５（ａ）
に示すように、例えばシリコン基板上に積層された例え
ば多結晶シリコンからなる固定鏡５と、固定鏡５上にギ
ャップｈ１を介して対向配置された例えば多結晶シリコ
ンからなる可動鏡６とが形成されている。そして、固定
鏡５と可動鏡６とが対向する部分の一部には不純物が高
濃度に注入された導電性の多結晶シリコンからなる電極
（図示しない）がそれぞれ形成されている。
【０００５】そして、固定鏡５と可動鏡６に形成された
電極間に任意所望の波長選択電圧を印加して静電吸引力
を発生（静電駆動）させることによりギャップｈ１の大
きさを変化させ、ファブリペローフィルタ３はそのギャ
ップの大きさに対応する任意所望の波長の赤外線を選択
して透過させる。
電極間に任意所望の波長選択電圧を印加して静電吸引力
を発生（静電駆動）させることによりギャップｈ１の大
きさを変化させ、ファブリペローフィルタ３はそのギャ
ップの大きさに対応する任意所望の波長の赤外線を選択
して透過させる。
【０００６】次に、ガスの濃度の測定方法について説明
する。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はファブリペローフ
ィルタの動作説明図であり、図６（ａ），（ｂ），
（ｃ）はファブリペローフィルタの赤外線透過特性、吸
収特性図である。
する。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）はファブリペローフ
ィルタの動作説明図であり、図６（ａ），（ｂ），
（ｃ）はファブリペローフィルタの赤外線透過特性、吸
収特性図である。
【０００７】被測定ガスの種類により吸収される赤外線
の波長は異なり、その波長において赤外検出器４の出力
が極小となる。まず、図５（ａ），図６（ａ）に示すよ
うに、固定鏡５と可動鏡６に形成された電極の間に電圧
を印加しない状態（初期ギャップｈ１）でどのガスにも
吸収されない参照波長λ１の赤外線を透過させ、その光
強度を赤外検出器４で測定する。
の波長は異なり、その波長において赤外検出器４の出力
が極小となる。まず、図５（ａ），図６（ａ）に示すよ
うに、固定鏡５と可動鏡６に形成された電極の間に電圧
を印加しない状態（初期ギャップｈ１）でどのガスにも
吸収されない参照波長λ１の赤外線を透過させ、その光
強度を赤外検出器４で測定する。
【０００８】次に、図５（ｂ），図６（ｂ）に示すよう
に、固定鏡５と可動鏡６に形成された電極の間に波長選
択電圧Ｖ１を印加した状態（ギャップｈ２）で、被測定
ガスＡの赤外線吸収のピークと一致する波長λ２の赤外
線を選択して透過させ、その光強度を赤外検出器４で測
定する。この場合、波長λ２の赤外線は被測定ガスＡに
よって吸収されるので、その強度は参照波長λ１の赤外
線の強度よりも小さくなる。
に、固定鏡５と可動鏡６に形成された電極の間に波長選
択電圧Ｖ１を印加した状態（ギャップｈ２）で、被測定
ガスＡの赤外線吸収のピークと一致する波長λ２の赤外
線を選択して透過させ、その光強度を赤外検出器４で測
定する。この場合、波長λ２の赤外線は被測定ガスＡに
よって吸収されるので、その強度は参照波長λ１の赤外
線の強度よりも小さくなる。
【０００９】次に、図５（ｃ），図６（ｃ）に示すよう
に、固定鏡５と可動鏡６に形成された電極の間に波長選
択電圧Ｖ２を印加した状態（ギャップｈ３）で、被測定
ガスＢの赤外線吸収のピークと一致する波長λ３の赤外
線を選択して透過させ、その光強度を赤外検出器４で測
定する。この場合、波長λ３の赤外線は被測定ガスＢに
よって吸収されるので、その強度は参照波長λ１の赤外
線の強度よりも小さくなる。
に、固定鏡５と可動鏡６に形成された電極の間に波長選
択電圧Ｖ２を印加した状態（ギャップｈ３）で、被測定
ガスＢの赤外線吸収のピークと一致する波長λ３の赤外
線を選択して透過させ、その光強度を赤外検出器４で測
定する。この場合、波長λ３の赤外線は被測定ガスＢに
よって吸収されるので、その強度は参照波長λ１の赤外
線の強度よりも小さくなる。
【００１０】そして、参照波長λ１の赤外線の強度と、
被測定ガスＡの吸収波長λ２及び被測定ガスＢの吸収波
長λ３の赤外線の強度を比較することにより、被測定ガ
スＡ，Ｂの濃度を測定する。
被測定ガスＡの吸収波長λ２及び被測定ガスＢの吸収波
長λ３の赤外線の強度を比較することにより、被測定ガ
スＡ，Ｂの濃度を測定する。
【００１１】
【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次のような問題点があっ
た。ファブリペローフィルタ３は半導体のマイクロ加工
技術によって作成されるが、初期ギャップｈ１の大きさ
のばらつき、固定鏡５と可動鏡６の膜厚のばらつき、膜
応力のばらつき等により、可動鏡６に作用する静電吸引
力と可動鏡６の変位量の関係が個々のファブリペローフ
ィルタごとにばらつく場合がある。
ＤＩＲガス分析計においては次のような問題点があっ
た。ファブリペローフィルタ３は半導体のマイクロ加工
技術によって作成されるが、初期ギャップｈ１の大きさ
のばらつき、固定鏡５と可動鏡６の膜厚のばらつき、膜
応力のばらつき等により、可動鏡６に作用する静電吸引
力と可動鏡６の変位量の関係が個々のファブリペローフ
ィルタごとにばらつく場合がある。
【００１２】また、ファブリペローフィルタ３の温度が
変化すると、ファブリペローフィルタ３を構成する膜に
作用する応力が変化し、可動鏡６に作用する静電吸引力
と可動鏡６の変位量の関係が変化する場合がある。
変化すると、ファブリペローフィルタ３を構成する膜に
作用する応力が変化し、可動鏡６に作用する静電吸引力
と可動鏡６の変位量の関係が変化する場合がある。
【００１３】従って、一定の電圧を印加した時のギャッ
プの大きさが変化すると、その透過波長が変化してしま
うのでガス濃度を正確に測定することができない、とい
う問題点があった。
プの大きさが変化すると、その透過波長が変化してしま
うのでガス濃度を正確に測定することができない、とい
う問題点があった。
【００１４】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、ファブリペローフィルタの固体差
や温度環境の変化によらず、安定して試料の濃度を測定
することを可能とする赤外分光測定装置を提供すること
を目的とする。
なされたものであり、ファブリペローフィルタの固体差
や温度環境の変化によらず、安定して試料の濃度を測定
することを可能とする赤外分光測定装置を提供すること
を目的とする。
【００１５】
【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、試料に照射された赤外線の波長による吸収特性を
検出することにより前記試料に含まれる成分の濃度を測
定する赤外分析装置において、固定鏡とこの固定鏡に大
きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡とを
有し、前記ギャップに対応する任意所望の波長の赤外線
を選択して透過させるファブリペローフィルタと、前記
ギャップを変化させる駆動電圧を前記固定鏡に形成され
た電極と前記可動鏡に形成された電極との間に印加する
ギャップ設定器と、前記ギャップの大きさを検出するギ
ャップ検出器と、前記ギャップ設定器により印加された
駆動電圧と前記ギャップ検出器で検出されたギャップの
大きさとに基づいて所望のギャップを得るための駆動電
圧を算出して前記ギャップ設定器にフィードバック出力
する信号処理器と、前記ファブリペローフィルタを透過
した赤外線の強度を検出して前記吸収特性を得る赤外検
出器、とを具備することを特徴とする赤外分析装置であ
る。
ては、試料に照射された赤外線の波長による吸収特性を
検出することにより前記試料に含まれる成分の濃度を測
定する赤外分析装置において、固定鏡とこの固定鏡に大
きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡とを
有し、前記ギャップに対応する任意所望の波長の赤外線
を選択して透過させるファブリペローフィルタと、前記
ギャップを変化させる駆動電圧を前記固定鏡に形成され
た電極と前記可動鏡に形成された電極との間に印加する
ギャップ設定器と、前記ギャップの大きさを検出するギ
ャップ検出器と、前記ギャップ設定器により印加された
駆動電圧と前記ギャップ検出器で検出されたギャップの
大きさとに基づいて所望のギャップを得るための駆動電
圧を算出して前記ギャップ設定器にフィードバック出力
する信号処理器と、前記ファブリペローフィルタを透過
した赤外線の強度を検出して前記吸収特性を得る赤外検
出器、とを具備することを特徴とする赤外分析装置であ
る。
【００１６】本発明の請求項２においては、請求項１記
載の赤外分析装置において、前記ギャップ設定器は、ギ
ャップ検出のための交流電圧を前記駆動電圧と共に前記
固定鏡に形成された電極と前記可動鏡に形成された電極
に印加し、前記ギャップ検出器は、前記固定鏡に形成さ
れた電極と前記可動鏡に形成された電極との間の静電容
量をインピーダンスを測定することにより検出し、検出
された静電容量に基づいて前記ギャップの大きさを検出
することを特徴とする赤外分析装置である。
載の赤外分析装置において、前記ギャップ設定器は、ギ
ャップ検出のための交流電圧を前記駆動電圧と共に前記
固定鏡に形成された電極と前記可動鏡に形成された電極
に印加し、前記ギャップ検出器は、前記固定鏡に形成さ
れた電極と前記可動鏡に形成された電極との間の静電容
量をインピーダンスを測定することにより検出し、検出
された静電容量に基づいて前記ギャップの大きさを検出
することを特徴とする赤外分析装置である。
【００１７】本発明の請求項３においては、請求項１記
載の赤外分析装置において、前記固定鏡または前記可動
鏡のいずれかに形成される誘導コイルと、この誘導コイ
ルに対向配置され前記固定鏡または前記可動鏡のいずれ
かに形成される検出電極、とを設け、前記ギャップ検出
器は、前記誘導コイルに誘起される誘電起電力を検出
し、検出された誘導起電力に基づいて前記ギャップの大
きさを検出することを特徴とする赤外分析装置である。
載の赤外分析装置において、前記固定鏡または前記可動
鏡のいずれかに形成される誘導コイルと、この誘導コイ
ルに対向配置され前記固定鏡または前記可動鏡のいずれ
かに形成される検出電極、とを設け、前記ギャップ検出
器は、前記誘導コイルに誘起される誘電起電力を検出
し、検出された誘導起電力に基づいて前記ギャップの大
きさを検出することを特徴とする赤外分析装置である。
【００１８】本発明の請求項４においては、請求項１記
載の赤外分析装置において、前記固定鏡に形成される温
度センサと、この温度センサ上に形成され前記可動鏡の
変位に対応して赤外線の強度を変調する狭域フィルタと
を設け、前記ギャップ検出器は、前記狭域フィルタを透
過して検出された前記温度センサの出力に基づいて前記
ギャップの大きさを検出することを特徴とする赤外分析
装置である。
載の赤外分析装置において、前記固定鏡に形成される温
度センサと、この温度センサ上に形成され前記可動鏡の
変位に対応して赤外線の強度を変調する狭域フィルタと
を設け、前記ギャップ検出器は、前記狭域フィルタを透
過して検出された前記温度センサの出力に基づいて前記
ギャップの大きさを検出することを特徴とする赤外分析
装置である。
【００１９】本発明の請求項５においては、請求項１記
載の赤外分析装置において、前記ファブリペローフィル
タの外部に前記可動鏡からの反射光の強度の変化を検出
する光センサを設け、前記ギャップ検出器は、前記セン
サで検出された反射光の強度の変化から求められた前記
可動鏡の傾きに基づいて前記ギャップの大きさを検出す
ることを特徴とする赤外分析装置である。
載の赤外分析装置において、前記ファブリペローフィル
タの外部に前記可動鏡からの反射光の強度の変化を検出
する光センサを設け、前記ギャップ検出器は、前記セン
サで検出された反射光の強度の変化から求められた前記
可動鏡の傾きに基づいて前記ギャップの大きさを検出す
ることを特徴とする赤外分析装置である。
【００２０】本発明の請求項６においては、請求項１記
載の赤外分析装置において、前記可動鏡に歪みにより抵
抗値が変化する歪みセンサを設け、前記ギャップ検出器
は、前記歪みセンサの出力から求められた前記可動鏡の
歪み量に基づいて前記ギャップの大きさを検出すること
を特徴とする赤外分析装置である。
載の赤外分析装置において、前記可動鏡に歪みにより抵
抗値が変化する歪みセンサを設け、前記ギャップ検出器
は、前記歪みセンサの出力から求められた前記可動鏡の
歪み量に基づいて前記ギャップの大きさを検出すること
を特徴とする赤外分析装置である。
【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４〜
図６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。
面を用いて説明する。尚、以下の図面において、図４〜
図６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。
【００２２】図１は本発明の実施例の構成を示すブロッ
ク図である。図１において、４は赤外検出器、７は固定
鏡５及び可動鏡６に接続されたギャップ設定器、８は固
定鏡５及び可動鏡６に接続されたギャップ検出器、９は
ギャップ設定器７及びギャップ検出器８に接続された信
号処理器である。
ク図である。図１において、４は赤外検出器、７は固定
鏡５及び可動鏡６に接続されたギャップ設定器、８は固
定鏡５及び可動鏡６に接続されたギャップ検出器、９は
ギャップ設定器７及びギャップ検出器８に接続された信
号処理器である。
【００２３】ギャップ設定器７は、ファブリペローフィ
ルタ３の固定鏡５と可動鏡６に形成された電極との間に
例えば直流電圧や、正弦波形電圧をファブリペローフィ
ルタ３の駆動電圧として印加する。また、ギャップ設定
器７は、可動鏡６の共振周波数よりも高い周波数の微小
振幅の交流電圧をギャップ検出のために固定鏡５と可動
鏡６に形成された電極との間に印加する。
ルタ３の固定鏡５と可動鏡６に形成された電極との間に
例えば直流電圧や、正弦波形電圧をファブリペローフィ
ルタ３の駆動電圧として印加する。また、ギャップ設定
器７は、可動鏡６の共振周波数よりも高い周波数の微小
振幅の交流電圧をギャップ検出のために固定鏡５と可動
鏡６に形成された電極との間に印加する。
【００２４】この場合、固定鏡５と可動鏡６に形成され
た電極との間に印加される交流電圧により可動鏡６は振
動するが、その振幅がギャップ設定器７により印加され
る駆動電圧による変位量と比較して極めて小さくなるよ
うに設定すれば、ギャップに与える影響を無視すること
ができる。
た電極との間に印加される交流電圧により可動鏡６は振
動するが、その振幅がギャップ設定器７により印加され
る駆動電圧による変位量と比較して極めて小さくなるよ
うに設定すれば、ギャップに与える影響を無視すること
ができる。
【００２５】そして、ギャップ検出器８は、固定鏡５に
形成された電極と可動鏡６に形成された電極との間の静
電容量をインピーダンスを測定することにより検出し、
検出された静電容量に基づいてギャップの大きさを検出
し、信号処理器９に出力する。
形成された電極と可動鏡６に形成された電極との間の静
電容量をインピーダンスを測定することにより検出し、
検出された静電容量に基づいてギャップの大きさを検出
し、信号処理器９に出力する。
【００２６】信号処理器９は、ギャップ設定器７により
印加された駆動電圧とギャップ検出器８で検出されたギ
ャップの大きさとに基づいて所望のギャップを得るため
の駆動電圧を算出してギャップ設定器７にフィードバッ
ク出力する。
印加された駆動電圧とギャップ検出器８で検出されたギ
ャップの大きさとに基づいて所望のギャップを得るため
の駆動電圧を算出してギャップ設定器７にフィードバッ
ク出力する。
【００２７】そして、ギャップ設定器７は信号処理器９
よりフィードバック出力された駆動電圧を固定鏡５と可
動鏡６に形成された電極に印可し、ファブリペローフィ
ルタ３のギャップを所望のギャップ（ｈ１、ｈ２、ｈ
３）に変化させる。
よりフィードバック出力された駆動電圧を固定鏡５と可
動鏡６に形成された電極に印可し、ファブリペローフィ
ルタ３のギャップを所望のギャップ（ｈ１、ｈ２、ｈ
３）に変化させる。
【００２８】そして、ファブリペローフィルタ３はギャ
ップｈ１、ｈ２、ｈ３にそれぞれ対応する赤外線の波長
λ１、λ２、λ３を透過させ、赤外線検出器４はファブ
リペローフィルタ３を透過した赤外線の強度を検出して
被測定ガスの赤外吸収特性を得る。
ップｈ１、ｈ２、ｈ３にそれぞれ対応する赤外線の波長
λ１、λ２、λ３を透過させ、赤外線検出器４はファブ
リペローフィルタ３を透過した赤外線の強度を検出して
被測定ガスの赤外吸収特性を得る。
【００２９】図２は本発明の第二実施例の構成図であ
る。図２において、例えばイオン注入によりループ状の
誘導コイル１０が固定鏡５に形成され、誘導コイル１０
に対向配置される金属の検出電極１１が、例えばスパッ
タ、蒸着等により可動鏡６に形成され、それぞれギャッ
プ検出器８に接続されている。尚、誘導コイル１０を可
動鏡６に形成し、検出電極１１を固定鏡５に形成しても
良い。
る。図２において、例えばイオン注入によりループ状の
誘導コイル１０が固定鏡５に形成され、誘導コイル１０
に対向配置される金属の検出電極１１が、例えばスパッ
タ、蒸着等により可動鏡６に形成され、それぞれギャッ
プ検出器８に接続されている。尚、誘導コイル１０を可
動鏡６に形成し、検出電極１１を固定鏡５に形成しても
良い。
【００３０】ファブリペローフィルタ３が駆動されて可
動電極６が変位すると、その変位の速度に対応した誘導
起電力が誘導コイル１０に発生するので、ギャップ検出
器８は、この誘導起電力を積分する（変位の速度を積分
する）ことにより変位の大きさを算出し、その結果に基
づいてギャップの大きさを検出する。
動電極６が変位すると、その変位の速度に対応した誘導
起電力が誘導コイル１０に発生するので、ギャップ検出
器８は、この誘導起電力を積分する（変位の速度を積分
する）ことにより変位の大きさを算出し、その結果に基
づいてギャップの大きさを検出する。
【００３１】そして、ギャップ検出器８は検出したギャ
ップの大きさを信号処理器９に出力し、信号処理器９は
所望のギャップを得るための駆動電圧を算出してギャッ
プ設定器７にフィードバック出力し、ギャップ設定器７
は算出された駆動電圧を固定鏡５と可動鏡６に形成され
た電極に印可する。
ップの大きさを信号処理器９に出力し、信号処理器９は
所望のギャップを得るための駆動電圧を算出してギャッ
プ設定器７にフィードバック出力し、ギャップ設定器７
は算出された駆動電圧を固定鏡５と可動鏡６に形成され
た電極に印可する。
【００３２】図３は本発明の第三、第四及び第五実施例
を示す構成図である。図３において、例えば光センサや
焦電センサ等の温度センサ１２が固定鏡５に形成され、
この温度センサ１２上に図示しない狭域フィルタが設け
られている。また、フォトダイオード等の光センサ１３
がファブリペローフィルタ３の外部に設けられ、歪みセ
ンサ１４が可動鏡６に設けられている。そして、温度セ
ンサ１２、光センサ１３及び歪みセンサ１４はそれぞれ
ギャップ検出器８に接続されている。
を示す構成図である。図３において、例えば光センサや
焦電センサ等の温度センサ１２が固定鏡５に形成され、
この温度センサ１２上に図示しない狭域フィルタが設け
られている。また、フォトダイオード等の光センサ１３
がファブリペローフィルタ３の外部に設けられ、歪みセ
ンサ１４が可動鏡６に設けられている。そして、温度セ
ンサ１２、光センサ１３及び歪みセンサ１４はそれぞれ
ギャップ検出器８に接続されている。
【００３３】尚、図３においては説明を簡略にするため
に一つの図面に温度センサ１３（第三実施例）、光セン
サ１４（第四実施例）、歪みセンサ１５（第五実施例）
を全て記載しているが、これらはファブリペローフィル
タ３のギャップを検出するためのものであり、少なくと
も一つがあれば良い。
に一つの図面に温度センサ１３（第三実施例）、光セン
サ１４（第四実施例）、歪みセンサ１５（第五実施例）
を全て記載しているが、これらはファブリペローフィル
タ３のギャップを検出するためのものであり、少なくと
も一つがあれば良い。
【００３４】まず、第三実施例のギャップ検出方法につ
いて説明する。ファブリペローフィルタ３が駆動されて
可動鏡６が変位すると、狭域フィルタを透過する赤外線
の強度が変調され、温度センサ１３は赤外線の強度の変
化に応じた温度変化を検出する。そして、ギャップ検出
器８は、温度センサ１３によって検出された温度変化を
ギャップの大きさとして検出する。
いて説明する。ファブリペローフィルタ３が駆動されて
可動鏡６が変位すると、狭域フィルタを透過する赤外線
の強度が変調され、温度センサ１３は赤外線の強度の変
化に応じた温度変化を検出する。そして、ギャップ検出
器８は、温度センサ１３によって検出された温度変化を
ギャップの大きさとして検出する。
【００３５】次に、第四実施例のギャップ検出方法につ
いて説明する。ファブリペローフィルタ３が駆動されて
可動鏡６が変位すると、可動鏡６から反射される赤外線
の向きが変化するので、光センサ１３にスリット、ピン
ホール等を設ければ、光センサ１４に入射する光の強度
が変化する。そして、ギャップ検出器８は光センサ１３
で検出された反射光の強度の変化から可動鏡６の傾きの
変化を求め、例えば数値解析手段によって解析的に、あ
るいは実験的に傾きの変化から可動鏡６の変位量とギャ
ップの大きさを求める。尚、数値解析手段としては、有
限要素法（Finite Element Method）を用いた例えば、S
wanson Analysis Inc．製のＡＮＳＹＳ（登録商標）等
の汎用構造解析ソフトウエアが使用可能である。
いて説明する。ファブリペローフィルタ３が駆動されて
可動鏡６が変位すると、可動鏡６から反射される赤外線
の向きが変化するので、光センサ１３にスリット、ピン
ホール等を設ければ、光センサ１４に入射する光の強度
が変化する。そして、ギャップ検出器８は光センサ１３
で検出された反射光の強度の変化から可動鏡６の傾きの
変化を求め、例えば数値解析手段によって解析的に、あ
るいは実験的に傾きの変化から可動鏡６の変位量とギャ
ップの大きさを求める。尚、数値解析手段としては、有
限要素法（Finite Element Method）を用いた例えば、S
wanson Analysis Inc．製のＡＮＳＹＳ（登録商標）等
の汎用構造解析ソフトウエアが使用可能である。
【００３６】次に、第五実施例のギャップ検出方法につ
いて説明する。ファブリペローフィルタ３が駆動されて
可動鏡６が変位すると、可動鏡６の歪みにより歪みセン
サ１４の抵抗値が変化する。そして、ギャップ検出器８
は歪みセンサ１４で検出された抵抗値の変化から可動鏡
６の歪み量を求め、例えば上述の数値解析手段によって
解析的に、あるいは実験的に傾きの変化から可動鏡６の
変位量とギャップの大きさを求める。
いて説明する。ファブリペローフィルタ３が駆動されて
可動鏡６が変位すると、可動鏡６の歪みにより歪みセン
サ１４の抵抗値が変化する。そして、ギャップ検出器８
は歪みセンサ１４で検出された抵抗値の変化から可動鏡
６の歪み量を求め、例えば上述の数値解析手段によって
解析的に、あるいは実験的に傾きの変化から可動鏡６の
変位量とギャップの大きさを求める。
【００３７】上述のような赤外分光測定装置によれば、
個々のファブリペローフィルタの初期ギャップのばらつ
き、固定鏡５や可動鏡６の膜厚のばらつき、膜応力のば
らつき等により、可動鏡６に作用する静電吸引力と可動
鏡６の変位量の関係がばらついた場合、あるいは、ファ
ブリペローフィルタ３の温度変化によって可動鏡６に作
用する静電吸引力と可動鏡６の変位量の関係が変化した
場合でも、所望のギャップの大きさを得るために、個々
のファブリペローフィルタごとに駆動電圧を調整する必
要は無く、安定した赤外分光測定を行うことができる。
個々のファブリペローフィルタの初期ギャップのばらつ
き、固定鏡５や可動鏡６の膜厚のばらつき、膜応力のば
らつき等により、可動鏡６に作用する静電吸引力と可動
鏡６の変位量の関係がばらついた場合、あるいは、ファ
ブリペローフィルタ３の温度変化によって可動鏡６に作
用する静電吸引力と可動鏡６の変位量の関係が変化した
場合でも、所望のギャップの大きさを得るために、個々
のファブリペローフィルタごとに駆動電圧を調整する必
要は無く、安定した赤外分光測定を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ファブリペローフィルタのギャップの大きさを検出して
所望のギャップとなる駆動電圧を設定するようにしたの
で、ファブリペローフィルタの固体差や温度環境の変化
によらず安定した試料の濃度の算出を可能とする赤外分
析装置を提供することができる。
ファブリペローフィルタのギャップの大きさを検出して
所望のギャップとなる駆動電圧を設定するようにしたの
で、ファブリペローフィルタの固体差や温度環境の変化
によらず安定した試料の濃度の算出を可能とする赤外分
析装置を提供することができる。
【００３９】
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明の第二実施例の構成図である。
【図３】本発明の第三、第四及び第五実施例の構成図で
ある。
ある。
【図４】従来のファブリペローＮＤＩＲガス分析計の構
成図である。
成図である。
【図５】ファブリペローフィルタの動作説明図である。
【図６】ファブリペローフィルタの赤外線透過特性、赤
外吸収特性図である。
外吸収特性図である。
３ ファブリペローフィルタ
４ 赤外検出器
５ 固定鏡
６ 可動鏡
７ ギャップ設定器
８ ギャップ検出器
９ 信号処理器
１０ 誘導コイル
１１ 検出電極
１２ 温度センサ
１３ 光センサ
１４ 歪みセンサ
ｈ１，ｈ２，ｈ３ ギャップ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 原 仁
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 BA14 CA02
CA12 CB06 CB42 CC23 CC31
CC42 CC49 CC55 CD13 CD24
CD26
2G059 AA01 BB02 BB04 EE01 HH01
JJ02 JJ30 KK01 MM01
2H048 GA13 GA48 GA61
5F088 BA10 BA11 BB06 EA06 HA06
HA07 JA13 KA06 LA01
Claims (6)
- 【請求項１】 試料に照射された赤外線の波長による吸
収特性を検出することにより前記試料に含まれる成分の
濃度を測定する赤外分析装置において、 固定鏡とこの固定鏡に大きさ可変のギャップを有して対
向配置される可動鏡とを有し、前記ギャップに対応する
任意所望の波長の赤外線を選択して透過させるファブリ
ペローフィルタと、 前記ギャップを変化させる駆動電圧を前記固定鏡に形成
された電極と前記可動鏡に形成された電極との間に印加
するギャップ設定器と、 前記ギャップの大きさを検出するギャップ検出器と、 前記ギャップ設定器により印加された駆動電圧と前記ギ
ャップ検出器で検出されたギャップの大きさとに基づい
て所望のギャップを得るための駆動電圧を算出して前記
ギャップ設定器にフィードバック出力する信号処理器
と、 前記ファブリペローフィルタを透過した赤外線の強度を
検出して前記吸収特性を得る赤外検出器、とを具備する
ことを特徴とする赤外分析装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の赤外分析装置において、 前記ギャップ設定器は、ギャップ検出のための交流電圧
を前記駆動電圧と共に前記固定鏡に形成された電極と前
記可動鏡に形成された電極に印加し、 前記ギャップ検出器は、前記固定鏡に形成された電極と
前記可動鏡に形成された電極との間の静電容量をインピ
ーダンスを測定することにより検出し、検出された静電
容量に基づいて前記ギャップの大きさを検出することを
特徴とする赤外分析装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の赤外分析装置において、 前記固定鏡または前記可動鏡のいずれかに形成される誘
導コイルと、この誘導コイルに対向配置され前記固定鏡
または前記可動鏡のいずれかに形成される検出電極、と
を設け、 前記ギャップ検出器は、前記誘導コイルに誘起される誘
電起電力を検出し、検出された誘導起電力に基づいて前
記ギャップの大きさを検出することを特徴とする赤外分
析装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の赤外分析装置において、 前記固定鏡に形成される温度センサと、この温度センサ
上に形成され前記可動鏡の変位に対応して赤外線の強度
を変調する狭域フィルタとを設け、 前記ギャップ検出器は、前記狭域フィルタを透過して検
出された前記温度センサの出力に基づいて前記ギャップ
の大きさを検出することを特徴とする赤外分析装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の赤外分析装置において、 前記ファブリペローフィルタの外部に前記可動鏡からの
反射光の強度の変化を検出する光センサを設け、 前記ギャップ検出器は、前記センサで検出された反射光
の強度の変化から求められた前記可動鏡の傾きに基づい
て前記ギャップの大きさを検出することを特徴とする赤
外分析装置。 - 【請求項６】 請求項１記載の赤外分析装置において、 前記可動鏡に歪みにより抵抗値が変化する歪みセンサを
設け、 前記ギャップ検出器は、前記歪みセンサの出力から求め
られた前記可動鏡の歪み量に基づいて前記ギャップの大
きさを検出することを特徴とする赤外分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001203110A JP2003014641A (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 赤外分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001203110A JP2003014641A (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 赤外分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014641A true JP2003014641A (ja) | 2003-01-15 |
Family
ID=19039802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001203110A Pending JP2003014641A (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 赤外分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003014641A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-07-04 JP JP2001203110A patent/JP2003014641A/ja active Pending
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