JP2007225486A - 赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の特性のバラツキを低減できる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置を実現する。
【解決手段】光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造方法において、光源の抵抗の立ち上がり波形と立下り波形の基準波形をあらかじめ求めておき、光源の波形が基準波形と所定許容差内で一致するように、前記光源ケースに封入されるガスの濃度あるいは混合比を調整して封入することを特徴とする赤外線分析計の光源の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源の特性のバラツキを低減できる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置に関するものである。

赤外線分析計の光源に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００２−１３１２３０号公報 特許第３１７４０６９号公報 特開２００１−２２１７３７号公報

図５は、従来の赤外線ガス分析計の一例を示す構成図である。
図に示されるように、赤外線光源１から発せられた赤外光は、分配セル２により２つに分割され、それぞれ基準セル３および試料セル４に入射する。基準セル３には不活性ガスなど、測定対象成分を含まないガスが封入されている。
また、試料セル４には試料ガスが流通する。このため、分配セル２で２つに分けられた赤外光は、試料セル４側でのみ測定対象成分による吸収を受け、検出器５に到達する。

検出器５は基準セル３からの光を受ける基準側室５１と試料セル４からの光を受ける試料側室５２の２室からなり、その２室を連絡するガス流通路には、ガスの行き来を検出するためのフローセンサ５３が取り付けられている。
また、検出器５内には、測定対象と同じ成分を含むガスが封入されており、基準セル３および試料セル４からの赤外光が入射すると、封入ガス中の測定対象成分が赤外光を吸収することで、基準側室５１内および試料側室５２内で、それぞれガスが熱膨張する。

基準セル３内の基準ガスは測定対象成分を含まないので、基準セル３を通過する赤外光に対しては測定対象成分による吸収はなく、試料セル４内の試料ガスに測定対象成分が含まれると、赤外光の一部はそこで吸収されるために、検出器５では試料側室５２に入射する赤外光が減少し、基準側室５１内のガスの熱膨張が試料側室５２内のガスの熱膨張より大きくなる。赤外光は回転セクタ６で断続されて、遮断および照射を繰り返しており、遮断されたときは基準側室５１および試料側室５２ともに赤外光が入射しないので、ガスは膨張しない。

このため、基準側室５１および試料側室５２においては、試料ガス中の測定対象成分濃度に応じて、両室の間に周期的に差圧が生じ、両室間に設けられた流通路をガスが行き来することとなる。そのガスの挙動はフローセンサ５３により検出され、信号処理回路７により交流電圧増幅されて、測定対象成分濃度に対応した信号として出力される。８は回転セクタ６を駆動する同期モータ、９は基準セル３および試料セル４に入射する赤外光のバランスを調整するトリマである。

このように、試料ガス中の測定対象成分濃度が変化すると、検出器５（試料側室５２）に入射する赤外光の光量が変化するので、信号処理回路７を介して測定対象成分濃度に対応した出力信号を得ることができる。

なお、図５に示すような従来の赤外線ガス分析計は、赤外線光源１としてセラミックヒータなどを使用したもので、光源における熱応答性の悪さや、光源のゆらぎやドリフトなど、種々の問題点を解決するための構成を有するものである。
すなわち、赤外光をオンオフするために回転セクタを用いると共に、光源変動の影響を除去するために、共通の光源からの光を試料セルと基準セルとに分けて入射させている。

図６は従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。
熱応答性に優れた赤外線光源の一例を示す構成図である。図において、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。
図に示されるように、赤外線光源１はシリコン基板１０に形成された凹部１１の上部に、マイクロブリッジ状のフィラメント１２が支持されるように構成されている。

フィラメント１２は、シリコン基板１０上に形成された二酸化シリコン１３の上に、ボロンが高濃度にドープされた多結晶シリコン層１４を形成した後、この多結晶シリコン層１４を直線状にパターニングすることにより、その平面形状が形成されている。

そして、シリコン基板１０の両面に形成された二酸化シリコン１３をマスクとして、フィラメント１２下部のシリコン基板１０を異方性の濃度差エッチングにより除去し、凹部１１を形成することにより、直線状のフィラメント１２を凹部１１の上部に支持するマイクロブリッジ構造を実現している。

その後、多結晶シリコン層１４上に形成された二酸化シリコン１５の一部を除去して電極１６ａ、１６ｂが形成され、この電極１６ａ、１６ｂを介してフィラメント１２に電流を供給することにより、フィラメント１２が発熱して、その発熱温度に対応した赤外線が放出される。

このような赤外線光源１においては、熱応答性に優れ、高速のオンオフが可能であるとともに、赤外線の放射率が高く、簡単な駆動回路で駆動することができる。
また、その製造においては、半導体プロセスを利用するので、特性の揃った高性能な赤外線光源を低コストで大量に生産することができる。

ところで、図７に示す如く、赤外線光源１のケース２１内には、ガス濃度一定の不活性ガスが封入されている。
この場合は、濃度一定のクリプトンガス２２が封入されている。
光源チップ２３は、赤外線光源１のケース２１の一方の面に設けられている。
窓２４は、赤外線光源１のケース２１の他方の面に設けられている。
この場合は、弗化カルシュウム（ＣａＦ_２）材が使用されている。

このような装置においては、以下の間題点がある。
従来においては、赤外線光源１の封入ガスの濃度が一定なため、赤外線光源１の製作時に発生するバラツキを排除することができず、光源の応答特性（立ち上がり・下がり）が変化する。

従って、従来例においては、光源の応答特性が、機器の性能に影響するため、光源の応答波形が、ある範囲に入るよう、光源の製作が完了した後、特性を測定、選別する必要があった。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、製作時に少なからず発生する光源素子の応答特性のバラツキを、光源ケースに封入するガスの濃度によって放熱特性を調整し、常に基準波形と許容差内で一致した状態の光源が得られる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置を提供することにある。

即ち、光源ケース内の封入ガスの濃度調節をすることにより放熱特性を調整にして、応答特性のバラツキが低減された赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の赤外線分析計の光源の製造方法においては、
光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造方法において、光源の抵抗の立ち上がり波形と立下り波形の基準波形をあらかじめ求めておき、光源の波形が基準波形と所定許容差内で一致するように、前記光源ケースに封入されるガスの濃度あるいは混合比を調整して封入することを特徴とする。

本発明の請求項２の赤外線分析計の光源の製造方法においては、
光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造方法において、光源電圧に対して、光源抵抗の波形の立ち上がり・下がりを確認しながらガス濃度可変装置にて光源の封入ガス濃度を調整する。光源抵抗の波形の挙動（立ち上がり・下がり）が基準波形と許容差内で一致したところでガスの封入を止め光源のガス封入を完了する。上記を特徴とする。

本発明の請求項３の赤外線分析計の光源の製造方法においては、請求項１又は請求項２記載の赤外線分析計の光源の製造方法において、
熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空の光源ケース内に前記ガスが封入されたことを特徴とする。

本発明の請求項４の赤外線分析計の光源の製造方法においては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の赤外線分析計の光源の製造方法において、
前記熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項５の赤外線分析計の光源の製造方法においては、
前記封入ガスは、クリプトンガスが使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項６の赤外線分析計の光源の製造装置においては、
光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造装置において、前記赤外線分析計の光源に光源駆動信号を印加する光源駆動制御手段と、前記光源駆動信号に基づく前記赤外線分析計の光源の光源電圧と光源抵抗の波形をチェックする波形モニタ手段と、前記光源ケースにガスの濃度あるいは混合比を調整して供給し前記波形モニタ装置での光源の抵抗の立ち上がり波形と立下り波形が所定の基準波形の許容差内で一致した際に前記ガスの供給を停止し前記光源ケースへのガスの封入を完了するガス供給手段とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項７の赤外線分析計の光源の製造装置においては、請求項６記載の赤外線分析計の光源の製造装置において、
熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空の光源ケース内に前記ガスが封入されたことを特徴とする。

本発明の請求項８の赤外線分析計の光源の製造装置においては、請求項７記載の赤外線分析計の光源の製造装置において、
前記熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項９の赤外線分析計の光源の製造装置においては、請求項６乃至請求項８の何れかに記載の赤外線分析計の光源の製造装置において、
前記封入ガスは、クリプトンガスが使用されたことを特徴とする。

本発明の請求項１，請求項２によれば、次のような効果がある。
最終的に、封入ガスの濃度により、出力応答特性が調整されたので、出力応答特性のバラツキが低減できる赤外線分析計の光源の製造方法が得られる。

本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空の光源ケース内に、ガスが封入されたので、ガスの封入が確実にできる赤外線分析計の光源の製造方法が得られる。

本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されたので、赤外光の吸収の影響が少なく、測定精度が向上できる赤外線分析計の光源の製造方法が得られる。

本発明の請求項５によれば、次のような効果がある。
封入ガスは、クリプトンガスが使用されたので、赤外光の吸収の影響が少なく、測定精度が向上できる赤外線分析計の光源の製造方法が得られる。

本発明の請求項６によれば、次のような効果がある。
光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造装置において、赤外線分析計の光源に光源駆動信号を印加する光源駆動制御手段と、光源駆動信号に基づく赤外線分析計の光源の光源電圧と光源抵抗の波形をチェックする波形モニタ手段と、光源ケースにガスの濃度あるいは混合比を調整して供給し波形モニタ装置での光源の抵抗の立ち上がり波形と立下り波形が所定の基準波形の許容差内で一致した際にガスの供給を停止し光源ケースへのガスの封入を完了するガス供給手段とが設けられたので、最終的に、封入ガスの濃度により、出力応答特性が調整され、出力応答特性のバラツキが低減できる赤外線分析計の光源の製造装置が得られる。

本発明の請求項７によれば、次のような効果がある。
熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空の光源ケース内に、ガスが封入されたので、ガスの封入が確実にできる赤外線分析計の光源の製造装置が得られる。

本発明の請求項８によれば、次のような効果がある。
熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されたので、赤外光の吸収の影響が少なく、測定精度が向上できる赤外線分析計の光源の製造装置が得られる。

本発明の請求項９によれば、次のような効果がある。
封入ガスは、クリプトンガスが使用されたので、赤外光の吸収の影響が少なく、測定精度が向上できる赤外線分析計の光源の製造装置が得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の要部構成説明図である。

図１において、赤外線分析計の光源３１は、図２に示す如く、光源ケース２１にガス３１１が封入される。
図１に戻って、光源駆動制御装置３２は、赤外線分析計の光源３１に光源駆動信号を印加する。
波形モニタ装置３３は、光源駆動信号に基づく、赤外線分析計の光源３１の光源電圧と光源抵抗の波形をチェックする。

ガス供給手段３４は、光源ケース２１にガスの濃度を調整して供給し、波形モニタ装置３３での光源３１の光源電圧Ｖ１に対して光源抵抗Ω１の立ち上がり波形と立下り波形が所定の基準波形の許容差内で一致した際に、ガスの供給を停止し、光源ケース２１へのガスの封入を完了する。

ガス供給手段３４は、この場合は、クリプトンガス３４１とガス濃度可変装置３４２とを有する。
また、光源ケース２１内には、前もって、真空３１２にされている。

以上の構成において、本発明の赤外線分析計の光源３１は以下の如くして製作される。
光源駆動制御装置３２にて、光源３１をＯＮ，ＯＦＦさせる。
そのときに得られる光源電圧Ｖ１と光源抵抗Ω１を波形モニタ装置３３に取り込みチェックする。

光源電圧Ｖ１に対して、光源抵抗Ω１の波形の立ち上がり・下がりを確認しながらガス濃度可変装置３４２にてガス濃度を調整する。この場合は、クリプトンガス３４１が使用されている。
光源抵抗Ω１の波形の挙動（立ち上がり・下がり）が基準波形と許容差内で一致したところで供給ガスを止め、光源ケース２１にガス３２を封入する。

このように、光源３１の出力特性を確認しながら光源ケース２１内にガス３２を封入することで、同一状態の光源３１を製作することが可能となる。

この結果
最終的に、封入ガス３２の濃度により、出力応答特性が調整されたので、出力応答特性のバラツキが低減できる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置が得られる。

真空の光源ケース２１内に、ガスが封入されたので、ガス３２の封入が確実にできる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置が得られる。

封入ガス３２は、クリプトンガスが使用されたので、赤外光の吸収の影響が少なく、測定精度が向上できる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置が得られる。

図３は、本発明の他の実施例の要部構成説明図、図４は図３の要部構成説明図である。
本実施例においては、
図３において、赤外線分析計の光源４１は、図４に示す如く、光源ケース２１にガス４１１が封入される。

図３に戻って、光源駆動制御装置４２は、赤外線分析計の光源４１に光源駆動信号を印加する。
波形モニタ装置４３は、光源駆動信号に基づく、赤外線分析計の光源４１の光源電圧と光源抵抗の波形をチェックする。

ガス供給手段４４は、光源ケース２１にガスの濃度を調整して供給し、波形モニタ装置４３での光源４１の光源電圧Ｖ２に対して光源抵抗Ω２の立ち上がり波形と立下り波形が所定の基準波形の許容差内で一致した際に、ガスの供給を停止し、光源ケース２１へのガスの封入を完了する。

ガス供給手段４４は、この場合は、クリプトンガス４４１と窒素ガスとガス混合装置４４３とを有する。
また、光源ケース２１内には、前もって、熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空４１２の光源ケース２１内に、ガス３２が封入される。
また、上記、熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されている。

以上の構成において、本発明の赤外線分析計の光源４１は以下の如くして製作される。
光源駆動制御装置４２にて、光源４１をＯＮ，ＯＦＦさせる。
そのときに得られる光源電圧Ｖ２と光源抵抗Ω２を波形モニタ装置４３に取り込みチェックする。

光源電圧Ｖ２に対して、光源抵抗Ω２の波形の立ち上がり・下がりを確認しながらガス混合装置４４３にてガス濃度を調整する。この場合は、クリプトンガス４４１と窒素ガス４４２とが使用されている。
光源抵抗Ω２の波形の挙動（立ち上がり・下がり）が基準波形と許容差内で一致したところで供給ガスを止め、光源ケース２１にガス３２を封入する。

このように、光源４１の出力特性を確認しながら光源ケース２１内にガス４１１を封入することで、同一状態の光源４１を製作することが可能となる。

この結果
最終的に、封入ガス４１１の濃度あるいは混合比により、出力応答特性が調整されたので、出力応答特性のバラツキが低減できる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置が得られる。

熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空の光源ケース２１内に、ガスが封入されたので、ガス４１１の封入が確実にできる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置が得られる。

熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されたので、赤外光の吸収の影響が少なく、測定精度が向上できる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置が得られる。

封入ガス４１１は、クリプトンガスが使用されたので、赤外光の吸収の影響が少なく、測定精度が向上できる赤外線分析計の光源の製造方法とその製造装置が得られる。
なお、前述の実施例においては、窒素ガス４４２が使用されていると説明したが、これに限ることはなく、例えば、不活性ガスであっても良い。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。 図１の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 図３の要部構成説明図である。 従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。 従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。 図５の要部構成説明図である。

符号の説明

１ 赤外線光源
２ 分配セル
３ 基準セル
４ 試料セル
５ 検出器
５１ 基準側室
５２ 試料側室
５３ フローセンサ
６ 回転セクタ
７ 信号処理回路
８ 同期モータ
９ トリマ
１０ シリコン基板
１１ 凹部
１２ フィラメント
１３ 二酸化シリコン
１４ 多結晶シリコン層
１５ 二酸化シリコン
１６ａ 電極
１６ｂ 電極
２１ ケース
２２ 濃度一定のクリプトンガス
２３ 光源チップ
２４ 窓
３１ 赤外線分析計の光源
３１１ ガス
３１２ 真空
３２ 光源駆動制御装置
３３ 波形モニタ装置
３４ ガス供給手段
３４１ クリプトンガス
３４２ ガス濃度可変装置
４１ 赤外線分析計の光源
４１１ ガス
４１２ 熱的特性が異なる複数の混合ガスもしくは真空
４１３ ガス混合装置
４２ 光源駆動制御装置
４３ 波形モニタ装置
４４ ガス供給手段
４４１ クリプトンガス
４４２ 窒素ガス
４４３ ガス混合装置
Ｖ１ 光源電圧
Ｖ２ 光源電圧
Ω１ 光源抵抗
Ω２ 光源抵抗

Claims (9)

1. 光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造方法において、
   光源の抵抗の立ち上がり波形と立下り波形の基準波形をあらかじめ求めておき、光源の波形が基準波形と所定許容差内で一致するように、前記光源ケースに封入されるガスの濃度あるいは混合比を調整して封入することを特徴とする赤外線分析計の光源の製造方法。
2. 光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造方法において、
   光源電圧に対して、光源抵抗の波形の立ち上がり・下がりを確認しながらガス濃度可変装置にて光源の封入ガス濃度を調整する。
   光源抵抗の波形の挙動（立ち上がり・下がり）が基準波形と許容差内で一致したところでガスの封入を止め光源のガス封入を完了する。
   上記を特徴とする赤外線分析計の光源の製造方法。
3. 熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空の光源ケース内に前記ガスが封入されたこと
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外線分析計の光源の製造方法。
4. 前記熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の赤外線分析計の光源の製造方法。
5. 前記封入ガスは、クリプトンガスが使用されたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の赤外線分析計の光源の製造方法。
6. 光源ケースにガスが封入される赤外線分析計の光源の製造装置において、
   前記赤外線分析計の光源に光源駆動信号を印加する光源駆動制御手段と、
   前記光源駆動信号に基づく前記赤外線分析計の光源の光源電圧と光源抵抗の波形をチェックする波形モニタ手段と、
   前記光源ケースにガスの濃度あるいは混合比を調整して供給し前記波形モニタ手段での光源の抵抗の立ち上がり波形と立下り波形が所定の基準波形の許容差内で一致した際に前記ガスの供給を停止し前記光源ケースへのガスの封入を完了するガス供給手段と
   を具備したことを特徴とする赤外線分析計の光源の製造装置。
7. 熱的特性が異なる複数の混合ガスが満たされたもしくは真空の光源ケース内に前記ガスが封入されたこと
   を特徴とする請求項６記載の赤外線分析計の光源の製造装置。
8. 前記熱的特性が異なる複数の混合ガスは、窒素とクリプトンの混合ガスが使用されたこと
   を特徴とする請求項７記載の赤外線分析計の光源の製造装置。
9. 前記封入ガスは、クリプトンガスが使用されたこと
   を特徴とする請求項６乃至請求項８の何れかに記載の赤外線分析計の光源の製造装置。
   
   

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