JP2017049190A

JP2017049190A - 紫外線光源を用いる測定装置

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Publication number: JP2017049190A
Application number: JP2015174231A
Authority: JP
Inventors: 慶一木下; Keiichi Kinoshita; 克巳熊澤; Katsumi Kumazawa; 隼人岡野; Hayato Okano; 慧治保科; Keiji Hoshina
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2035-09-03
Also published as: JP6646204B2

Abstract

【課題】紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いる測定装置において、ＵＶＬＥＤの寿命を延ばすことのできる測定装置を提供する。【解決手段】測定装置は、紫外領域の光を発する光源２と、光源２をパルス点灯させる駆動回路１と、光源２からの光が照射される測定セル３と、光源２から光が照射されることで測定セル３から出射される光を受光して受光量に応じた電圧に変換して出力する光電変換部４と、光電変換部４が出力する電圧信号の波形を略ガウシアン波形に整形して出力するガウシアンフィルタ回路７と、ガウシアンフィルタ回路７の出力におけるピークを含む一定期間内の電圧信号に対応する電圧信号を保持して出力するサンプルホールド回路６と、サンプルホールド回路６が出力する電圧信号をアナログデジタル変換するＡＤコンバータ５と、を有する構成とする。【選択図】図２（ａ）

Description

本発明は、紫外線光源を用い、試料に光を照射して透過光、反射光又は蛍光を検出することで試料に含まれる測定対象の濃度などを測定する測定装置に関するものである。

従来、試料に光を照射して透過光、反射光又は蛍光を検出することで試料に含まれる測定対象の濃度などを測定する測定装置が広く用いられている。その中に、光源として紫外線光源を用いるものがある。例えば、オゾンが紫外線を吸収することを利用して、試料ガス中のオゾン濃度を紫外線の吸収によって測定するオゾン測定装置がある（特許文献１）。また、例えば、多くの有機物が紫外線（ＵＶ）を吸収することを利用して、試料液中の有機物濃度を紫外線の吸収によって測定する有機物濃度測定装置がある。

オゾン測定装置を例に更に説明する。オゾン測定装置では、試料ガスの紫外線吸光度、及び試料ガス中のオゾンが除去された参照ガスの紫外線吸光度がそれぞれ測定され、これら両紫外線吸光度の差から試料ガス中のオゾン濃度が求められる。従来、このようなオゾン測定装置において、紫外線光源としては、一般に水銀ランプが用いられている。

しかし、水銀ランプは、光量の安定性が比較的低く、点灯中に光量が変動しやすい。また、水銀ランプは、有害物質である水銀を含むため取扱いや廃棄処理に注意が必要である。

これに対し、近年、紫外領域の光を発する発光ダイオード（ここでは、「ＵＶＬＥＤ」ともいう。）が開発され、実用化されるに至っている。ＵＶＬＥＤは、水銀ランプに比べて光量の安定性が高い。また、水銀を含まないため人体や環境に悪影響を及ぼすことがない。また、発熱も比較的少ないため、放熱や温調のための部品の低減を図ることができ、装置の小型化に有利である。

そのため、水銀ランプの代替の紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いることで、測定装置の小型化、光源光量の安定化による測定値の正確性や信頼性の向上が期待できる。

特開２００８−１７５６２６号公報

しかしながら、現状では、ＵＶＬＥＤの寿命（例えば光量が半減するまでの期間）は非常に短い。オゾン測定装置は、大気中のオゾン濃度の連続測定などに用いられることが多いため、光源の寿命が短いことは、交換部品やメンテナンスの頻度の増大、あるいは欠測の原因となる。水銀ランプの光量も使用により低下するため、紫外線光源として水銀ランプを用いるオゾン測定装置においても、水銀ランプを定期的に（例えば１年に１回）新品と交換することが行われている。しかし、現状では、連続点灯させた場合のＵＶＬＥＤの寿命は、水銀ランプよりも短寿命となる。

そこで、ＵＶＬＥＤをパルス点灯させることで、連続測定におけるトータルでのＵＶＬＥＤの点灯時間を短くして、連続測定において継続して使用することができる期間としてのＵＶＬＥＤの寿命を延ばすことができる。

図３（ａ）は、オゾン測定装置の紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いる場合に考えられる構成の概略ブロック図である。駆動回路２０１は、紫外線光源としてのＵＶＬＥＤ２０２をパルス点灯させる点灯信号（駆動信号）をＵＶＬＥＤ２０２へと出力する。ＵＶＬＥＤ２０２は、駆動回路２０１から点灯信号が入力されると、紫外領域の光を発光して測定部としての測定セル２０３に照射する。測定セル２０３には、試料ガス、又は試料ガス中のオゾンが除去された参照ガスが導入される。測定セル２０３を通過した紫外線は、光電変換部２０４に入射する。光電変換部２０４は、受光部としてのフォトダイオード（ＰＤ）２４１と、ヘッドアンプ２４２と、を有する。ＰＤ２４１は、受光した紫外線の強度（受光量）に応じた電流を発生する。ヘッドアンプ２４２は、ＰＤ２４１が発生した電流を電流電圧変換して、ＰＤ２４１の受光量に応じた電圧信号を、アナログデジタル変換（ＡＤ変換）回路としてのＡＤコンバータ２０５へと出力する。ＡＤコンバータ２０５は、ヘッドアンプ２４２から入力されたアナログ信号である電圧信号を、デジタル信号である測定値信号に変換し、図示しない演算制御部へと出力する。そして、この演算制御部が、試料ガスの紫外線吸光度と参照ガスの紫外線吸光度との差分に基づいて試料ガス中のオゾン濃度を求める。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の構成においてＵＶＬＥＤ２０２を２回点灯させる場合の各部の信号波形の模式図である。図３（ｂ）において破線はＵＶＬＥＤ２０２に入力される点灯信号の波形（デジタル信号のＯＮ／ＯＦＦ）、実線はヘッドアンプ２４２の出力信号の波形（縦軸は電圧、横軸は時間）を示している。ＵＶＬＥＤ２０２が点灯すると、ヘッドアンプ２４２の出力信号は、ＰＤ２４１の受光量に応じた値へと立ち上がって安定する（以下、この出力信号の値を「安定値」という。）。その後、ＵＶＬＥＤ２０２が消灯すると、ヘッドアンプ２４２の出力信号は立ち下がる。ＡＤコンバータ２０５によって十分な精度でＡＤ変換を行うためには、ヘッドアンプ２４２の出力信号が安定値に達してから、十分な時間にわたりヘッドアンプ２４２の出力信号を処理する必要がある。特に、妥当なコストで、オゾン測定などのために適当な比較的高い分解能を得ようとすると、その処理時間は比較的長くなる。そのため、図３（ａ）の構成の場合、ＡＤ変換が終了するまで十分に長い時間ＵＶＬＥＤ２０２を点灯させなければならず、比較的長いＵＶＬＥＤ２０２の点灯時間が必要となる。そこで、次のような構成が考えられる。

図４（ａ）は、図３（ａ）の構成の変形例の概略ブロック図である。図４（ａ）の構成に対応する要素には同一符号を付している。図４（ａ）の構成は、ヘッドアンプ２４２が出力する電圧信号を保持してＡＤコンバータ２０５へと出力する、サンプルホールド回路２０６が設けられている点が、図３（ａ）の構成と異なる。サンプルホールド回路２０６は、ヘッドアンプ２４２の出力信号の安定値に対応する電圧信号を保持（サンプルホールド）して、ＡＤコンバータ２０５へと出力する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の構成についての図３（ｂ）と同様の模式図であり、図４（ｂ）において一点鎖線はサンプルホールド回路２０６の出力信号の波形（縦軸は電圧、横軸は時間）を示している。図４（ａ）の構成では、ヘッドアンプ２４２の出力信号が安定値に立ち上がった後、サンプルホールド回路２０６が一定時間かけてヘッドアンプ２４２の出力信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路２０６がサンプルホールドした後は、ＵＶＬＥＤ２０２を消灯することができる。ＡＤコンバータ２０５は、ＵＶＬＥＤ２０２が消灯されても、サンプルホールド回路２０６の出力信号を十分な時間にわたり処理して、十分な精度でＡＤ変換を行うことができる。一般に、サンプルホールド回路２０６がサンプルホールドに要する時間はμｓ（マイクロ秒）オーダーであり、ＡＤコンバータ２０５がＡＤ変換に要する時間はｍｓ（ミリ秒）オーダーである。したがって、図４（ａ）の構成では、ＡＤ変換のための十分の時間を確保しつつ、図３（ａ）の構成よりもＵＶＬＥＤ２０２の１回のパルス点灯当たりの点灯時間を短くすることができる。

しかしながら、図４（ａ）の構成においても、ヘッドアンプ２４２の出力信号が十分に安定したところでサンプルホールドをする必要があるため、ヘッドアンプ２４２の出力信号が安定値に達してから一定時間にわたりＵＶＬＥＤ２０２の点灯を継続する必要がある。そのため、ＵＶＬＥＤ２０２の寿命を延ばすためには、依然として改善の余地がある。

なお、以上ではオゾン測定装置を例に説明したが、紫外線光源を用い、試料に光を照射して透過光、反射光又は蛍光を検出することで試料に含まれる測定対象の濃度などを測定する測定装置において、紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いようとすれば同様の課題が生じ得る。

したがって、本発明の目的は、紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いる測定装置において、ＵＶＬＥＤの寿命を延ばすことのできる測定装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る紫外線光源を用いる測定装置にて達成される。要約すれば、本発明は、紫外領域の光を発する発光ダイオードと、前記発光ダイオードをパルス点灯させる駆動回路と、前記発光ダイオードからの光が照射される測定部と、前記発光ダイオードから光が照射されることで前記測定部から出射される光を受光して受光量に応じた電圧に変換して出力する光電変換部と、前記光電変換部が出力する電圧信号の波形を略ガウシアン波形に整形して出力するガウシアンフィルタ回路と、前記ガウシアンフィルタ回路の出力におけるピークを含む一定期間内の電圧信号に対応する電圧信号を保持して出力するサンプルホールド回路と、前記サンプルホールド回路が出力する電圧信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換回路と、を有することを特徴とする測定装置である。

本発明によれば、紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いる測定装置において、ＵＶＬＥＤの寿命を延ばすことができる。

本発明の一実施例に係る測定装置の全体構成を示すブロック図である。本発明の一実施例に係る測定装置の検出部の構成を示す概略ブロック図である。本発明の一実施例に係る測定装置の各部の信号波形を示す模式図である。（ａ）測定装置の構成例（比較例）の概略ブロック図、（ｂ）各部の信号波形を示す模式図である。（ａ）測定装置の他の構成例（比較例）の概略ブロック図、（ｂ）各部の信号波形を示す模式図である。

以下、本発明に係る紫外線光源を用いる測定装置を図面に則して更に詳しく説明する。

［実施例１］
１．測定装置の全体構成
図１は、本発明の一実施例に係る紫外線光源を用いる測定装置１００の全体構成を示すブロック図である。本実施例では、測定装置１００は、大気中のオゾン濃度を測定するオゾン測定装置である。

測定装置１００は、試料ガス（空気）を導入するための試料ガス導入口１１１と、試料ガス導入口１１１から導入された試料ガスが流通する導入管１１２と、を有する。導入管１１２は、後述する検出部１２０の測定セル３に接続されており、測定セル３に試料ガスを供給する。導入管１１２には、その一部をショートカットするようにバイパス管１１３が接続されており、このバイパス管１１３の途中にオゾン分解器１１４が接続されている。また、導入管１１２、バイパス管１１３のそれぞれの途中に、試料ガスの流通経路を切り替えるための弁１１５及び１１６が設けられている。また、試料ガス導入口１１１から導入管１１２に導入された試料ガスから粉体や粒状体の不純物を除去するための清浄フィルタ１１７が導入管１１２の途中に設けられている。本実施例では、試料ガス導入口１１１、導入管１１２、バイパス管１１３、オゾン分解器１１４、弁１１５及び１１６、清浄フィルタ１１７などによって、測定セル３に試料ガスと試料ガス中のオゾンが除去された参照ガスとを交互に導入するガス供給部１１０が構成される。

また、測定装置１００は、測定後のガスを排出するための排出管１３１と、排出口１３２と、を有する。排出管１３１は、測定セル３に接続されており、測定セル３を通過した後のガスが導入される。排出管１３１の途中に、ガスを流動させるポンプ１３３と、排出管１３１内を流通するガスの流量を検知する流量計１３４と、が設けられている。また、排出管１３１内を流通するガスの温度を検知する温度センサ１３５、排出管１３１内を流通するガスの圧力を検知する圧力センサ１３６が設けられている。本実施例では、排出管１３１、排出口１３２、ポンプ１３３、流量計１３４、温度センサ１３５、圧力センサ１３６などによって、測定セル３を通過したガスを排出するガス排出部１３０が構成される。

また、測定装置１００は、試料ガスに含まれるオゾンを検出する検出部１２０を有する。検出部１２０については後述して詳しく説明するが、図１には紫外線光源としてのＵＶＬＥＤ２、試料ガスなどが導入される測定部としての測定セル３、ＵＶＬＥＤ２から出射され測定セル３を透過した光を受光する受光部としてのＰＤ４１が図示されている。

さらに、測定装置１００は、ポンプ１３３、弁１１５及び１１６、検出部１２０などの測定装置１００の動作を統括的に制御すると共に、試料ガス中のオゾン濃度を求める演算制御部１４０を有する。なお、測定装置１００には更に、測定結果を記憶する記憶部、測定結果を表示する表示部、測定装置１００と通信可能に接続された外部機器に測定結果を送信する送信部などが設けられていてよい。

測定装置１００によるオゾン濃度の測定は次のようにして行われる。

（１）ポンプ１３３によって試料ガス導入口１１１から導入管１１２に試料ガス（空気）が一定流量で吸引され、この試料ガスが弁１１５及び１１６によってバイパス管１１３を通さずに測定セル３に導入される。

（２）ＵＶＬＥＤ２から紫外領域の光である特定波長の紫外線（本実施例では中心波長が２５５ｎｍの紫外線）が測定セル３に照射される。これにより、試料ガス中のオゾン及びその他の紫外線を吸収する共存成分の濃度に応じた紫外線が、試料ガスにより吸収される。試料ガスが導入された測定セル３を透過することで減衰した紫外線が、ＰＤ４１によって受光される。そして、詳しくは後述するようにして、ＰＤ４１が受光した紫外線の強度（受光量）に応じた電気信号が演算制御部１４０に入力され、その電気信号に対応する試料ガス測定値（本実施例では吸光度）が演算制御部１４０に記憶される。

（３）弁１１５及び１１６によってガスの流通経路が切り替えられて、試料ガスがバイパス管１１３に導入されることで、オゾン分解器１１４によって試料ガス中のオゾンが分解（除去）されて、オゾンを含まない参照ガスが調整される。この参照ガスは、測定セル３に導入され、上記（２）の試料ガスの場合と同様の測定が行われる。参照ガスは、試料ガス中のオゾンのみが除去されて調整されたものであるため、参照ガスの測定の場合は、試料ガス中のオゾン以外の共存成分の濃度に応じた紫外線が吸収される。参照ガスが導入された測定セル３を透過することで減衰した紫外線がＰＤ４１によって受光される。そして、詳しくは後述するようにして、ＰＤ４１の受光量に応じた電気信号が演算制御部１４０に入力され、その電気信号に対応する参照ガス測定値（本実施例では吸光度）が演算制御部１４０に記憶される。

（４）演算制御部１４０が、試料ガスの測定で得られた試料ガス測定値と、参照ガスの測定で得られた参照ガス測定値と、の差分を求め、この差分に対応する電気信号を、試料ガス中のオゾン濃度に対応する電気信号として出力する。なお、この電気信号に応じて、測定結果が記憶部に記憶されたり、測定結果が表示部に表示されたり、測定結果が外部機器に送信されたりする。

以上の操作が繰り返されることによって、試料ガス中のオゾン濃度が間欠的に測定される。試料ガスの測定と参照ガスの測定とは、例えば数秒ごとに切り替えられるようになっており、長期スパンで見た場合は十分な測定点数で試料ガス中のオゾン濃度を連続測定できることになる。

２．検出部
次に、本実施例の測定装置１００における検出部１２０について更に詳しく説明する。

図２（ａ）は、本実施例の測定装置１００における検出部１２０の概略ブロック図である。図２（ａ）の構成は、詳しくは後述するガウシアンフィルタ回路７が光電変換部４とサンプルホールド回路６との間に設けられている点が、前述した図４（ａ）の構成と異なる。

駆動回路１は、紫外線光源としてのＵＶＬＥＤ２をパルス点灯させる点灯信号（駆動信号）をＵＶＬＥＤ２へと出力する。ＵＶＬＥＤ２は、駆動回路１から点灯信号が入力されると、紫外領域の光である特定波長の紫外線（本実施例では中心波長が２５５ｎｍの紫外線）を発光して測定セル３に照射する。測定セル３を通過した紫外線は、光電変換部４に入射する。光電変換部４は、受光部としてのＰＤ４１と、ヘッドアンプ４２と、を有する。ＰＤ４１は、受光した紫外線の強度（受光量）に応じた電流を発生する。ヘッドアンプ４２は、ＰＤ４１が発生した電流を電流電圧変換して、ＰＤ４１の受光量に応じた電圧信号を、ガウシアンフィルタ回路７へと出力する。ガウシアンフィルタ回路７は、ヘッドアンプ４２が出力する電圧信号の波形を略ガウシアン波形に整形してサンプルホールド回路６へと出力する。サンプルホールド回路６は、ガウシアンフィルタ回路７の出力におけるピークを含む一定期間内の電圧信号に対応する電圧信号を保持（サンプルホールド）して、アナログデジタル変換回路としてのＡＤコンバータ５へと出力する。ＡＤコンバータ５は、サンプルホールド回路６から入力されたアナログ信号である電圧信号を、デジタル信号である測定値信号に変換し、演算制御部１４０（図１）へと出力する。

図２（ｂ）は、本実施例の構成においてＵＶＬＥＤ２を２回点灯させる場合の各部の信号波形の模式図である（上図はアナログ信号波形、下図はデジタル信号波形。）。図２（ｂ）の上図において実線はヘッドアンプ４２の出力信号の波形、破線はガウシアンフィルタ回路７の出力信号の波形、一点鎖線はサンプルホールド回路６の出力信号の波形を示している。また、図２（ｂ）の下図は、ＵＶＬＥＤ２に入力される点灯信号のＯＮ／ＯＦＦ、サンプルホールド回路６に入力されるサンプルホールド信号（サンプルホールドを行う期間の開始と終了を指示する信号）のＯＮ／ＯＦＦ波形をそれぞれ示している。

ＵＶＬＥＤ２が点灯すると、ヘッドアンプ４２の出力信号は、ＰＤ４１の受光量に応じた値へと立ち上がる。ここで、前述した図４（ａ）の構成では、サンプルホールドのための十分な時間を確保するために、ヘッドアンプ２４２の出力信号が安定値に立ち上がった後、一定時間にわたりＵＶＬＥＤ２０２の点灯を継続する必要があった。これに対して、本実施例の構成では、ヘッドアンプ４２の出力信号は、ガウシアンフィルタ回路７を経由してサンプルホールド回路６へと出力される。ヘッドアンプ４２の出力信号は、ガウシアンフィルタ回路７において略ガウシアン波形の十分に安定した信号に変換され、その変換された信号がサンプルホールド回路６においてサンプルホールドされた後に、ＡＤコンバータ５においてＡＤ変換される。そのため、本実施例の構成では、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に立ち上がるのと略同時にＵＶＬＥＤ２を消灯することができる。

更に説明すると、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に立ち上がるのと略同時にＵＶＬＥＤ２が消灯すると、ヘッドアンプ４２の出力信号は直ちに立ち下がり始め、また一般に立ち上がり時の波形と立ち下がり時の波形とは対称ではない。したがって、このヘッドアンプ４２の出力信号を直接サンプルホールドしようとしても、安定値に対応する値を安定してサンプルホールドすることはできない。これに対して、本実施例の構成では、ＵＶＬＥＤ２の１回のパルス点灯に対応するヘッドアンプ４２の出力信号の立ち上がりから立ち下がりまでの波形は、ガウシアンフィルタ回路７において、略同一の面積を有する略正規分布（ガウス分布）型の波形へと整形される。そのため、ヘッドアンプ４２の出力信号の安定値に対応するガウシアンフィルタ回路７の出力信号のピーク値付近では、時間変化に対する出力信号の変化は比較的緩やかになり、またそのピーク値の前後の波形は略対称となる。これにより、ガウシアンフィルタ回路７の出力におけるピークを含む一定期間内の電圧信号に対応する電圧信号を保持（サンプルホールド）するようにすることで、十分なサンプルホールド時間を確保することができ、ヘッドアンプ４２の出力信号の安定値に対応する値を十分に安定してサンプルホールドすることができる。

したがって、本実施例の構成では、図４（ａ）の構成よりも、１回のパルス点灯当たりのＵＶＬＥＤ２の点灯時間を短くすることができる。すなわち、連続測定におけるトータルでのＵＶＬＥＤ２の点灯時間を短くして、連続測定において継続して使用することのできる期間としてのＵＶＬＥＤ２の寿命を延ばすことができる。これにより、測定装置１００の交換部品やメンテナンスの頻度を低減することができる。

ＵＶＬＥＤ２に入力する点灯信号のＯＮ、ＯＦＦのタイミング、サンプルホールド回路６によりサンプルホールドを行うタイミング、ＡＤコンバータ５によりＡＤ変換を行うタイミングは、演算制御部１４０によって制御される。

サンプルホールド回路６がガウシアンフィルタ回路７の出力信号のサンプルホールドを行うタイミングは、ＵＶＬＥＤ２の点灯、消灯のタイミングなどと対応させて、ガウシアンフィルタ回路７の出力におけるピークを含む一定期間内の電圧信号をサンプルホールドするように予め設定することができる。また、１回のパルス点灯当たりのＵＶＬＥＤ２の点灯期間（点灯信号のＯＮ、ＯＦＦのタイミング）も、ヘッドアンプ４２の出力信号の立ち上がり時間などと対応させて、予め設定することができる。

ここで、本実施例では、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に立ち上がるのと略同時にＵＶＬＥＤ２を消灯（点灯信号をＯＦＦ）するものとした。典型的には、ＰＤ４１の想定される受光量の範囲において、ヘッドアンプ４２の出力信号が最も大きくなるときの値（ここでは、この出力信号の値を「飽和値」という。）に立ち上がるのにかかる時間が経過するのと略同時にＵＶＬＥＤ２を消灯（点灯信号をＯＦＦ）するように設定することができる。例えば、本実施例の場合には、参照ガス（オゾンが除去されたゼロガス）の測定時の受光量が最も大きく、このときのヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に達する状態が、前述の「飽和値」に達する状態となる。したがって、ヘッドアンプ４２の出力信号が飽和値に達するのにかかる時間を予め求めておき、この飽和値に達するのにかかる時間が経過するのと略同時にＵＶＬＥＤ２を消灯（点灯信号をＯＦＦ）することで、試料ガスの測定も参照ガスの測定も正確に行うことができる。

換言すれば、駆動回路１は、ＵＶＬＥＤ２を点灯させる点灯信号をＯＮした後、光電変換部４の受光量が所定の受光量の場合に光電変換部４が出力する電圧信号が該所定の受光量に応じた安定値に達するのにかかる時間が経過するのと略同時にＯＦＦすることを繰り返して、ＵＶＬＥＤ２をパルス点灯させるように設定することができる。そして、典型的には、上記所定の受光量は、測定装置１００における光電変換部４の想定される受光量の範囲において最大の受光量とする。例えば、ヘッドアンプ４２の出力信号が飽和値に達する参照ガスの測定時の受光量を、上記所定の受光量として設定することができる。

ただし、ＰＤ４１の受光量によっては、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に立ち上がった後一定期間経過した後にＵＶＬＥＤ２が消灯（点灯信号をＯＦＦ）するようになっていてもよい。例えば、上記所定の受光量を参照ガスの測定時の受光量に設定した場合における、試料ガスの測定時のＰＤ４１の受光量が該当する。また、ＰＤ４１の受光量によっては、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に立ち上がる前にＵＶＬＥＤ２が消灯（点灯信号をＯＦＦ）するようになっていてもよい。上記所定の受光量の設定によっては、ＰＤ４１の受光量が上記所定の受光量より大きい場合に起こり得る。この場合でも、ＰＤ４１の受光量と、ＵＶＬＥＤ２が消灯されるまでにヘッドアンプ４２の出力信号が到達する値（より詳細にはこの値に対応してサンプルホールド回路６が保持する値）との間に測定に十分な相関あれば問題ない。

このように、ここでは、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に立ち上がるのと略同時にＵＶＬＥＤ２を消灯（点灯信号をＯＦＦ）するとは、次の場合を含むものとする。まず、実際にＰＤ４１の受光量が上記所定の受光量であり、ヘッドアンプ４２の出力信号が該所定の受光量に応じた安定値に立ち上がるのと略同時（例えば、上記飽和値に立ち上がるのと略同時）に消灯する場合が含まれる。また、実際のＰＤ４１の受光量が上記所定の受光量と異なることなどにより、ＰＤ４１の受光量が上記所定の受光量である場合にヘッドアンプ４２の出力信号が該所定の受光量に応じた安定値に立ち上がるのにかかる時間に対して前後にずれたタイミングで消灯する場合が含まれる。なお、実際にＰＤ４１の受光量が上記所定の受光量である場合であっても、該所定の受光量に応じた安定値に立ち上がるのと略同時に消灯するとは、完全に同時に消灯する場合の他、実質的に同時とみなせる十分に短い時間（例えば、該所定の受光量に応じた安定値に達するのにかかる時間の３％以下）だけ前後にずれた場合も含むものである。

また、別法として、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値に達したことを検知する検知手段（検知回路）を設け、ヘッドアンプ４２の出力信号がＰＤ４１の各受光量に応じた安定値に立ち上がるのと略同時にＵＶＬＥＤ２を消灯（点灯信号をＯＦＦ）するようにしてもよい。この場合も、ＵＶＬＥＤ２の点灯期間の上限として上記飽和値に達するのにかかる時間を求めておき、その時間が経過した場合はヘッドアンプ４２の出力信号が飽和したものとしてＵＶＬＥＤ２を消灯するようにしてもよい。

なお、ガウシアンフィルタ回路７は、ＵＶＬＥＤ２の１回のパルス点灯に対応するヘッドアンプ４２の出力信号の波形を略ガウシアン波形に整形することができれば、具体的な回路構成は任意である。略ガウシアン波形とは、完全なガウシアン波形に限定されるものではない。サンプルホールド回路６においてガウシアンフィルタ回路７の出力におけるピークを含む一定期間内の電圧信号を十分に安定してサンプルホールドできればよい。略ガウシアン波形には、立ち上がり及び立ち下がりの波形が、ガウス型のカーブを有しているが対称ではない、変形されたガウシアン波形も含まれる。当業者は、入手可能なガウシアンフィルタ回路から所望の特性を有するものを選択して用いること、あるいは入手可能な素子を組み合わせて所望の特性を有するガウシアンフィルタ回路を構成することができる。一例として、本実施例で用いたガウシアンフィルタ回路７は、抵抗器、キャパシタの受動素子で構成されるハイパスフィルタ（パッシブフィルタ）と、抵抗器、キャパシタに増幅器を組み合わせたローパスフィルタ（アクティブフィルタ）と、を組み合わせた高次フィルタから構成される。

３．具体例
次に、本実施例に従う一具体例について説明する。ＵＶＬＥＤ２を所定の駆動電流値でパルス点灯させ、１回のパルス点灯当たりのＵＶＬＥＤ２の点灯期間（点灯信号のＯＮからＯＦＦまでの時間）は１ｍｓとした。この点灯期間は、ＰＤ４１の受光量が想定される受光量の範囲において最大の受光量の場合に、ヘッドアンプ４２の出力信号が安定値（飽和値）に達するのにかかる時間に相当する。また、ＵＶＬＥＤ２の点灯間隔（点灯信号のＯＦＦから次の点灯信号のＯＮまでの時間）は９９ｍｓとした。そして、サンプルホールド回路６は、ガウシアンフィルタ回路７の出力におけるピークを含む４０μｓの間の電圧信号をサンプルホールドした。なお、本具体例では、ＡＤコンバータ５によるＡＤ変換に必要な時間は６０ｍｓである。斯かる設定により、オゾン測定のために十分なデジタルの測定値信号を得ることができた。

本具体例で使用したＵＶＬＥＤ２は中心波長が２５５ｎｍの紫外線を発光するものであり、上記所定の駆動電流値で連続点灯させた場合に交換を要する程度まで光量が低下（例えば半減）するまでの寿命は８０００時間程度である。このＵＶＬＥＤ２を上記設定でパルス点灯させた場合の、連続測定において継続して使用することのできる期間は、点灯信号のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しの影響などにより上記点灯時間と点灯間隔を単純に積算した長さにはならないことが多いが、連続点灯した場合よりも飛躍的に伸びる。

このように、本実施例によれば、紫外線光源としてＵＶＬＥＤ２を用いる測定装置１００において、１回のパルス点灯当たりのＵＶＬＥＤ２の点灯時間を短くし、連続測定におけるトータルでのＵＶＬＥＤ２の点灯時間を短くして、ＵＶＬＥＤ２の寿命を延ばすことができる。特に、本実施例によれば、光電変換部４の出力信号のＡＤ変換に比較的時間がかかる構成であっても、ＡＤ変換のための十分な時間を確保しつつ、ＵＶＬＥＤ２の点灯時間を短くすることができる。

［その他の実施例］
以上、本発明を具体的な実施例に即して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。

上述の実施例では、紫外線光源を用いる測定装置はオゾン測定装置であったが、本発明はこれに限定されるものではない。紫外線光源を用いる測定装置としては、前述のように有機物濃度測定装置がある。また、オゾン測定装置、有機物濃度測定装置のような、試料に光を照射した際の透過光を検出する測定装置に限らず、試料に光を照射した際の反射光又は蛍光を検出する測定装置にも本発明を適用することができる。例えば、反射光を検出する測定装置としては、濁度計が例示できる。さらに、蛍光を検出する測定装置としては、油分測定装置及びＳＯ₂測定装置が例示できる。これら紫外線光源を用いる測定装置では、紫外線光源として、従来一般に水銀ランプ、あるいはハロゲンランプや重水素ランプが用いられる。そして、これら紫外線光源を用いる任意の測定装置において、紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いようとすれば、ＵＶＬＥＤの寿命が短いことによる課題が同様に生じ得る。そのため、紫外線光源を用いる任意の測定装置において、本発明を適用することによって、上述の実施例と同様の効果を得ることができる。このように、本発明は、紫外線光源としてＵＶＬＥＤを用いる、試料を透過した光、試料によって反射された光、又は紫外線で励起されることで試料から発された光を測定する任意の測定装置に適用することができる。すなわち、本発明は、測定装置が、ＵＶＬＥＤからの光が照射される測定部と、ＵＶＬＥＤから光が照射されることで測定部から出射される光を受光して受光量に応じた電圧に変換して出力する光電変換部と、を有していれば適用することができる。

また、上述の実施例では、受光部はＰＤであったが、これに限定されるものではない。例えば、フォトトランジスタ、光電子増倍管などの任意の光電変換素子を用いることができる。

１駆動回路
２ＵＶＬＥＤ（紫外領域の光を発する発光ダイオード）
３測定セル（測定部）
４光電変換部
５ＡＤコンバータ（アナログデジタル変換回路）
６サンプルホールド回路
７ガウシアンフィルタ回路
４１ＰＤ（受光部）
４２ヘッドアンプ

Claims

紫外領域の光を発する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードをパルス点灯させる駆動回路と、
前記発光ダイオードからの光が照射される測定部と、
前記発光ダイオードから光が照射されることで前記測定部から出射される光を受光して受光量に応じた電圧に変換して出力する光電変換部と、
前記光電変換部が出力する電圧信号の波形を略ガウシアン波形に整形して出力するガウシアンフィルタ回路と、
前記ガウシアンフィルタ回路の出力におけるピークを含む一定期間内の電圧信号に対応する電圧信号を保持して出力するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路が出力する電圧信号をアナログデジタル変換するアナログデジタル変換回路と、
を有することを特徴とする測定装置。
前記駆動回路は、前記発光ダイオードを点灯させる点灯信号をＯＮした後、前記光電変換部の受光量が所定の受光量の場合に前記光電変換部が出力する電圧信号が前記所定の受光量に応じた安定値に達するのにかかる時間が経過するのと略同時にＯＦＦすることを繰り返して、前記発光ダイオードをパルス点灯させることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記所定の受光量は、前記測定装置における前記光電変換部の想定される受光量の範囲において最大の受光量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
前記受光部は、前記発光ダイオードから出射され前記測定部を透過した光を受光し、
前記測定装置は、前記測定部に試料ガスと試料ガス中のオゾンが除去された参照ガスとを交互に導入するガス供給部と、前記測定部を通過したガスを排出するガス排出部と、前記アナログデジタル変換回路の出力信号に基づいて、試料ガスの紫外線吸光度及び参照ガスの紫外線吸光度を求め、これら両紫外線吸光度から試料ガス中のオゾン濃度を求める演算制御部と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。