JP2017150980A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で高精度に、ガスに由来する光の分光スペクトルを測定することができるガスセンサを提供すること。【解決手段】ガスセンサは、ガス保持部、光源、偏光分割複屈折素子、偏光子、光学素子、検出部および走査部を有する。ガス保持部はガスセルを有する。偏光分割複屈折素子は、光源から出射され、ガスセルに収容されているガスを透過した光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光に分割する。偏光子は、所定の偏光方向に偏光している第１偏光の第１偏光成分と、第２偏光の第２偏光成分とを透過させる。光学素子は、第１偏光成分および第２偏光成分の干渉縞を形成する。走査部は、干渉縞のラインの並び方向に沿う方向において、干渉光の集光位置と検出部における受光素子の受光面の位置とを相対的に移動させる。検出部は、干渉次数に応じた干渉光の強度分布に基づいて、ガスを透過した光のインターフェログラムを取得する。【選択図】図２

Description

本発明は、フーリエ変換型のスペクトル分光器を有するガスセンサに関する。

気相中に存在するガス成分の種類および濃度を分析するためにガスセンサが使用されている。ガスセンサの例には、ガス雰囲気を通過した光の分光スペクトルに基づいて、ガス分子の種類および濃度を分析する、スペクトル分光型のガスセンサが含まれる（例えば、特許文献１参照）。

図１は、特許文献１に記載のガスセンサ１０の構成を示す模式図である。ガスセンサ１０は、光源１１、ガスセル１、入射スリット１２、第１凹面ミラー１３、回折格子１４、回転手段１５、第２凹面ミラー１６、出射スリット１７、光検出部１８およびスペクトル測定装置１９を有する。

ガスセル１には、特定波長の光を吸収するガスが封入される。第１凹面ミラー１３は、入射する光を平行光にしつつ反射する。第２凹面ミラー１６は、入射する光を集光しつつ反射する。回転手段１５は、回折格子１４を回転させて、入射する光の入射角を任意の角度に設定する。スペクトル測定装置１９は、回転手段１５および光検出部１８を制御する。

ガスセンサ１０では、光源１１から出射され、ガスセル１および入射スリット１２を通過した光は、第１凹面ミラー１３に到達する。次いで、第１凹面ミラー１３で平行光に変換されつつ反射した光は、回折格子１５に入射する。次いで、回折格子１５によって、空間的に、波長毎に分離された光は、第２凹面ミラー１６に到達する。次いで、第２凹面ミラー１６で集光されつつ反射した光は、出射スリット１７を通過して光検出部１８に到達する。スペクトル測定装置１９は、回転手段１５により回折格子１４を回転させて、分離された光を光検出部１８で波長毎に検出して、ガスセル１に封入されているガスを透過した光の分光スペクトルを測定する。このようにして、ガスセンサ１０は、ガスの種類および濃度を分析することができる。

特開２００１−２０８６０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のガスセンサ１０では、精密な回折格子１４と、回折格子１４の回転角度を精密に制御するための回転手段１５とが必要となる。また、ガスセンサ１０では、回折格子１４で空間的に波長毎に光を分離するために、光路長が長くなるとともに高精度な光学設計が要求されることとなる。高精度が要求されるガスセンサ１０を安定に制御する観点から、ガスセンサ１０では頑強な筐体が必要となる。結果として、特許文献１に記載のガスセンサ１０には、コストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で高精度に、ガスに由来する光の分光スペクトルを測定することができるガスセンサを提供することを目的とする。

本発明者らは、回折格子の代わりに偏光子およびサバール板を使用したスペクトル分光器（例えば、特開平７−２７６１３号公報参照）を採用することで、上記課題を解決できることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係るガスセンサは、検出対象のガスを収容するためのガスセルを有するガス保持部と、前記ガスセルに収容されているガスに光を照射するための光源と、前記光源から出射され、前記ガスセルに収容されているガスを透過した光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光に分割するための偏光分割複屈折素子と、前記第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、前記第２偏光に含まれている、前記所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる偏光子と、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分を重ね合せて、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分の干渉縞を形成するための光学素子と、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分の干渉光を検出するための受光素子を有する検出部と、前記干渉縞のラインの並び方向に沿う方向において、前記干渉光の集光位置と前記受光素子の受光面の位置とを相対的に移動させるための走査部と、を有し、前記検出部は、前記走査部が前記干渉光の集光位置と前記受光素子の受光面の位置とを相対的に移動させたときに干渉次数に応じた前記干渉光の強度分布を検出し、前記干渉光の強度分布に基づいて、前記ガスセルに収容されているガスを透過した光のインターフェログラムを取得する。

本発明によれば、構成が簡単で、かつ安価なガスセンサで高精度にガスの種類および濃度を決定することができる。

図１は、特許文献１に記載のガスセンサの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るガスセンサの構成を示す模式図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態１に係るガスセンサによる干渉光の検出について説明するための図であり、図３Ｂは、本発明の実施の形態１に係るガスセンサの検出部の検出結果を模式的に示すグラフであり、図３Ｃは、検出部の検出結果に基づいて取得されるインターフェログラムを示す模式図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態１の変形例１に係るガスセンサの構成を示す模式図であり、図４Ｂは、検光子側からフーリエ変換レンズを見たときの模式図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態１の変形例２に係るガスセンサの構成を示す模式図であり、図５Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例３に係るガスセンサの構成を示す模式図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態１の変形例４に係るガスセンサの構成を示す模式図であり、図６Ｂは、本発明の実施の形態１の変形例５に係るガスセンサの構成を示す模式図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係るガスセンサの構成を示す模式図である。 図８は、本発明の実施の形態２の変形例に係るガスセンサの構成を示す模式図である。 図９Ａ〜Ｃは、本発明に係るガスセンサによる片側インターフェログラムの取得について説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の説明では、本発明に係るガスセンサの代表例として、検出対象のガス雰囲気中を通過した光に由来する２つの光の干渉光に基づいてインターフェログラムを取得し、当該インターフェログラムをフーリエ変換することで分光スペクトルを測定する、フーリエ変換型ガスセンサについて説明する。

［実施の形態１］
実施の形態１に係るガスセンサ１００では、１つのガスに由来する光の分光スペクトルを測定する。

図２は、実施の形態１に係るガスセンサ１００の構成を示す模式図である。ガスセンサ１００は、光源１１０と、ガスセル１２１を有するガス保持部１２０と、偏光子（特許請求の範囲では、「第２偏光子」と称している）１３０と、偏光分割複屈折素子１４０と、検光子（特許請求の範囲では、「偏光子」と称している）１５０と、フーリエ変換レンズ（特許請求の範囲では、「光学素子」と称している）１６０と、検出部１７０と、走査部１８０と制御処理部（特許請求の範囲では、「処理部」と称している）１９０とを有する。なお、図２において、フーリエ変換レンズ１６０の横の二重丸（◎）は、紙面に垂直な方向へのフーリエ変換レンズ１６０の移動を示している。また、一点鎖線は、光源１１０から出射され、検出部１７０に入射する光の光軸ＯＡを示している。

光源１１０は、ガスセル１２１に収容されているガスに光を照射する。光源１１０は、赤外光を含む光を出射する。光源１１０が出射する光の波長は、検出対象のガスの種類に応じて適宜設定され、例えば、１〜６μｍである。光源１１０から出射される光は、直線偏光やランダム偏光、円偏光などの光であってもよいし、非偏光の光であってもよい。光源１１０の例には、黒体光源、セラミック光源、ハロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザーダイオード（ＬＤ）が含まれる。

ガス保持部１２０は、検出対象のガスを収容するためのガスセル１２１を有する。

ガスセル１２１は、検出対象のガスを収容する。ガスセル１２１は、光源１１０から出射される光の光路上に配置されている。ガスセル１２１は、ガスを収容することができればよく、ガスを一定の流量で導入するフローセルであってもよいし、ガスを封入する封入用セルであってもよい。ガスセル１２１の大きさは、ガスを透過する光の所望の光路長に応じて、適宜設定されうる。また、ガスセル１２１は、単光路ガスセルであってもよいし、長光路ガスセルであってもよい。ガスを透過する光の光路長は、ガスの濃度に応じて適宜設定される。具体的には、ガスを透過する光の光路長は、ガスの濃度が小さくなるほど、高い感度を得る観点から、長く設定される。たとえば、ガスの濃度は、１〜２０００００ｐｐｍであり、ガスを透過する光の光路長は、０．１〜１００ｃｍである。たとえば、高濃度のＣＯ_２を検出するためのガスセンサにおいては、検出対象のＣＯ_２濃度は１００００〜２０００００ｐｐｍであり、ＣＯ_２を透過する光の光路長は、０．１〜１ｃｍ程度である。

また、ガスセル１２１は、光源１１０からの出射光に対して透明な材料からなることが好ましい。ガスセル１２１では、光源１１０からの出射光が透過する部分（窓部）が透明であれば、他の部分が透明でなくてもよい。ガスセル１２１の材料は、光源１１０から出射される光の波長および検出対象のガスの種類に応じて適宜設定されうる。ガスセル１２１の材料の例には、サファイア、ＧｅおよびＳｉが含まれる。

検出対象のガスの種類は、特に限定されない。検出対象のガスの種類の例には、ＣＯ_２、ＣＯ、ＨＣ、ＳＯ_２、ＮＯｘ、水蒸気、麻酔ガスおよびこれらの混合物が含まれる。

偏光子１３０は、光源１１０からの出射光に含まれる、所定の偏光方向に偏光している直線偏光の光を透過させる。実施の形態１では、偏光子１３０は、後述の検光子１５０が透過させる光の偏光方向に対して、同一方向の偏光成分または直交方向の偏光成分を透過させる。偏光子１３０は、後述の干渉縞のラインに平行なＤ_１方向の偏光成分を透過させる（後述の図３Ａ参照）。また、偏光子１３０は、光源１１０および偏光分割複屈折素子１４０の間の光路上に配置されていればよく、偏光子１３０は、光源１１０およびガスセル１２１の間の光路上に配置されていてもよいし、ガスセル１２１および偏光分割複屈折素子１４０の間の光路上に配置されていてもよい。実施の形態１では、偏光子１３０は、ガスセル１２１および偏光分割複屈折素子１４０の間の光路上に配置されている。

偏光子１３０は、例えば、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）製の基板にアルミニウムワイヤが平行に配置されたワイヤーグリッド偏光子である。偏光子１３０は、既製品であってもよい。

また、偏光子１３０が透過させる偏光の偏光方向と、検光子１５０が透過させる偏光の偏光方向とが同一である場合と、直交する場合とでは、形成される干渉縞の位相が逆転するのみであり、測定される光の分光スペクトルは同じである。

偏光分割複屈折素子１４０は、光源１１０から出射され、ガスセル１２１に収容されているガスを透過した光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光（常光線および異常光線）に分割する。このとき、ガスを透過した光があらかじめ偏光子１３０を透過していることで、当該光が楕円偏光または特定の偏光方向の直線偏光であっても、第１偏光の強度と第２偏光の強度とを等しくすることができる。これにより、干渉縞の明暗の差が最大となる。また、実施の形態１では、偏光分割複屈折素子１４０は、第１偏光および第２偏光の偏光方向が互いに直交するように、入射した光を分割する。偏光分割複屈折素子１４０は、例えば、偏光子１３０が透過させる光の偏光方向（実施の形態１では、Ｄ_１方向）を基準（０°）としたときに、＋４５°の方向と、−４５°の方向に光を分割する。偏光分割複屈折素子１４０は、偏光子１３０および検光子１５０の間の光路上に配置されている。

偏光分割複屈折素子１４０の例には、サバール板、ウオラストンプリズムおよびシェアリングプリズムが含まれる。実施の形態１では、偏光分割複屈折素子１４０は、サバール板である。偏光分割複屈折素子１４０の材料は、光源１１０からの出射光の波長に応じて適宜選択されうる。たとえば、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ以下である場合、偏光分割複屈折素子１４０の材料として、透過波長が０．３５〜２．３μｍの方解石を使用することができる。また、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ超かつ５μｍ以下（赤外光に相当）である場合、偏光分割複屈折素子１４０の材料は、透過波長が０．４２〜５．２μｍのニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３、複屈折率３．５％）であることが好ましい。サバール板は、上記の偏光分割複屈折素子１４０の材料からなる２枚の結晶板を、偏光方向が重ならないように張り合わせることで作製されうる。また、偏光分割複屈折素子１４０は、既製品であってもよい。

偏光分割複屈折素子１４０の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。また、サバール板の結晶板の厚さおよび屈折率は、第１偏光および第２偏光の、所望の光線分離距離に応じて適宜設定されうる。たとえば、サバール板の光線分離距離ｄは、下記式（１）により表されることが知られている。

［上記式（１）において、ｔはサバール板を構成する結晶板の厚さであり、ｎ_ｏは常光線に対する結晶の屈折率であり、ｎ_ｅは異常光線に対する結晶の屈折率である。］

検光子１５０は、第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれている、所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる。実施の形態１では、前述のとおり、検光子１５０は、偏光子１３０が透過させる光の偏光方向と同一の方向（Ｄ_１方向）の第１偏光成分および第２偏光成分を透過させる。検光子１５０は、偏光分割複屈折素子１４０およびフーリエ変換レンズ１６０の間において、第１偏光および第２偏光の光路上に配置されている。また、検光子１５０の大きさは、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。検光子１５０の種類の例については、偏光子１３０と同じである。

実施の形態１では、偏光子１３０、偏光分割複屈折素子１４０および検光子１５０は、互いに接着されている。このような構成とすることは、装置の小型化および低コスト化の観点から好ましい。

フーリエ変換レンズ１６０は、第１偏光成分および第２偏光成分を重ね合わせて、第１偏光成分および第２偏光成分の干渉縞を形成する。フーリエ変換レンズ１６０は、検光子１５０と、検出部１７０の受光素子との間の光路上に配置されている。

フーリエ変換レンズ１６０の焦点距離は、干渉縞形成領域の所望の大きさに応じて適宜調整されうる。たとえば、フーリエ変換レンズ１６０の焦点距離を大きくすると、形成される干渉縞形成領域の面積を大きくすることができる。

フーリエ変換レンズ１６０の直径は、透過する光の光束幅などに応じて、適宜設定されうる。また、フーリエ変換レンズ１６０の形状は、適宜選択されうる。フーリエ変換レンズ１６０の例には、凸レンズおよび凹レンズが互いに貼り合わされたアクロマートレンズや、閉回路テレビ（ＣＣＴＶ）レンズ、Ｆマウントレンズなどの写真撮影用レンズが含まれる。

フーリエ変換レンズ１６０の材料は、光源１１０からの出射光の波長に応じて適宜選択されうる。たとえば、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ以下である場合、フーリエ変換レンズ１６０の材料として、石英を使用することができる。また、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ超かつ５μｍ以下（赤外光に相当）である場合、フーリエ変換レンズ１６０の材料は、サファイアであることが好ましい。さらに、光源１１０からの出射光の波長が５μｍ超である場合、フーリエ変換レンズ１６０の材料は、ＳｉやＧｅ、ＺｎＳｅなどであることが好ましい。フーリエ変換レンズ１６０は、既製品であってもよい。

検出部１７０は、第１偏光成分および第２偏光成分の干渉光を検出するための受光素子１７１を有し、受光素子の受光面１７２で干渉光を受光する。詳細については後述するが、検出部１７０は、走査部１８０（後述）が干渉光の集光位置と受光素子１７１の受光面１７２の位置とを相対的に移動させたときに、干渉次数に応じた干渉光の強度分布を検出し、当該強度分布に基づいて、ガスセル１２１に収容されているガスを透過した光のインターフェログラムを取得する。また、検出部１７０は、取得したインターフェログラムを制御処理部１９０に出力する。検出部１７０の受光素子１７１の受光面１７２は、フーリエ変換レンズ１６０からフーリエ変換レンズ１６０の焦点距離だけ離れた位置に配置されている。言い換えると、検出部１７０は、受光面１７２が光源１１０からの光の出射端面に対する共役面上に位置するように配置されている。

検出部１７０における受光素子１７１の受光面１７２の大きさは、干渉縞のラインの大きさに応じて適宜設定されうる。たとえば、受光面１７２の大きさは、干渉縞のラインのピッチよりも小さい。ガスセンサ１００の低コスト化の観点からは、受光素子１７１は、その受光面１７２が単一セル（単一画素）からなる光検出器であることが好ましい。検出部１７０の受光素子１７１は、例えば、ＩｎＧａＡｓやＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどを材料とする光伝導素子である。また、光源１１０から出射される光の波長が２μｍ超かつ５μｍ以下（赤外光に相当）である場合、検出部１７０の受光素子１７１は、サーモパイルであることが好ましい。

走査部１８０は、干渉縞のラインの並び方向に沿うＤ_２方向（後述の図３Ａ参照）において、干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる。走査部１８０は、受光面１７２に対してフーリエ変換レンズ１６０を相対的に移動させるか回動させることができればよく、フーリエ変換レンズ１６０を移動させるか回動させてもよいし、検出部１７０（受光素子１７１）を移動させてもよい。実施の形態１に係るガスセンサ１００では、フーリエ変換レンズ１６０を移動させる。なお、本明細書において、「回動」とは、回転よりも広義の意味であり、フーリエ変換レンズ１６０の光軸と平行な任意の軸を中心とした円運動を含むものとする。

制御処理部１９０は、検出部１７０で取得されたインターフェログラムを処理する。具体的には、制御処理部１９０は、インターフェログラムをフーリエ変換して、ガスセル１２１に収容されているガスを透過した光の分光スペクトルを算出する。また、制御処理部１９０は、走査部１８０を制御する制御部としても機能する。また、制御処理部１９０は、算出された分光スペクトルに基づいてガスの種類および濃度を測定する。具体的には、制御処理部１９０は、ガスセル１２１内にガスが存在する状態で測定した分光スペクトルから、ガスセル１２１内にガスが存在しない状態であらかじめ測定しておいた、参照用の分光スペクトルを減算することでガスの吸収スペクトルを算出する。これにより、外部光などの影響を除去することができる。最後に、ガスにより吸収された光の波長に基づいてガスの種類を決定し、スペクトル強度の減衰率によりガスの濃度を測定する。

制御処理部１９０は、例えば、演算装置、記憶装置、制御装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。

（ガスセンサにおける光路）
次いで、実施の形態１に係るガスセンサ１００における光路について説明する。まず、光源１１０から出射された光は、ガスセル１２１およびガスセル１２１に収容されているガスを透過する。ガスセル１２１に収容されているガスを透過した光に含まれる、所定の偏光方向に偏光している光が偏光子１３０を透過する。このとき、入射した光のうちＤ_１方向の偏光成分のみが、偏光子１３０を透過する。偏光子１３０を透過した光は、偏光分割複屈折素子１４０を透過して第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ_１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ_１方向の第２偏光成分とは、検光子１５０およびフーリエ変換レンズ１６０を透過し、受光素子１７１の受光面１７２に到達する。

（干渉光の検出）
次いで、実施の形態１に係るガスセンサ１００による干渉光の検出について説明する。図３Ａは、実施の形態１に係るガスセンサ１００による干渉光の検出について説明するための図であり、図３Ｂは、実施の形態１に係るガスセンサ１００の検出部１７０の検出結果を模式的に示すグラフであり、図３Ｃは、検出部１７０の検出結果に基づいて取得されるインターフェログラムを示す模式図である。ここでは、Ｄ_２方向における受光素子１７１の受光面１７２の幅は、干渉縞ａのラインの幅より大きく、かつ干渉縞ａのピッチよりも小さい。

まず、図３Ａに示されるように、受光面１７２を含む仮想平面Ｓを考える。ガスセンサ１００において、第１偏光成分および第２偏光成分の干渉光は、フーリエ変換レンズ１６０により仮想平面Ｓ上に集光されて、第１偏光成分および第２偏光成分の干渉縞ａが形成される。図３Ａでは、０次の干渉縞の両側に１次の干渉縞および２次の干渉縞がそれぞれ形成されている様子を示している。この状態で、制御処理部１９０が走査部１８０を操作して、フーリエ変換レンズ１６０をＤ_２方向に移動させると、Ｄ_２方向において干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させることができる。同時に、受光面１７２には、干渉次数に応じた各干渉光が順番に入射するため、受光面１７２に入射する干渉光の光量が、干渉次数毎の干渉光の強度に応じて変化する。すなわち、図３Ｂに示されるように、受光面１７２に入射する干渉光の光量は、仮想平面Ｓ上に形成される干渉縞ａの山と谷とに応じて増減する。ガスセンサ１００は、検出部１７０による干渉光の検出結果に基づいて、干渉次数に応じた干渉光の強度分布を、測定することができる。

（干渉縞とインターフェログラム）
実施の形態１に係るガスセンサ１００では、図３Ｃに示されるように、検出部１７０の検出結果、すなわち干渉縞ａ（干渉光の強度分布）に関する情報に基づいて、インターフェログラムが得られる。フーリエ変換レンズ１６０の光軸を含み、かつ干渉縞ａのラインに平行なＤ_１方向に沿った面を境界面とすると、干渉縞ａは、境界面の両側に亘って対称的に形成されている。このとき、干渉縞ａのラインの並び方向に沿うＤ_２方向において、フーリエ変換レンズ１６０の光軸に近いほど干渉縞ａの強度振幅は大きく、フーリエ変換レンズ１６０の光軸から遠くなるほど干渉縞の強度振幅は小さくなる。このため、干渉縞ａに基づいて取得されるインターフェログラムは、上記境界面に相当する基準面から離れるほど強度振幅が小さくなる対称的な形状となる（以下、「両側インターフェログラム」ともいう）。インターフェログラムは、最大光路差長Ｌ（形成された干渉縞における、０次の干渉に基づくラインと、最も高次の干渉に基づくラインとの間隔ｘに基づいて算出される光路差長）に亘って有効な波形情報となる。両側インターフェログラムの形状は、基準面の両側において対称であるため、一方の側のインターフェログラムのみが、有効な波形情報となる。

（効果）
実施の形態１に係るガスセンサ１００では、偏光子１３０、１５０および偏光分割複屈折素子１４０を使用して、ガスセル１２１に収容されているガスを透過した光の分光スペクトルを測定し、ガスの種類および濃度を決定することができる。従来技術と比較して、実施の形態１に係るガスセンサ１００では、高い精度が要求される回折格子や回折格子の回転手段を使用しなくてもよく、簡単な構成で安定的に分光スペクトルを測定できる。また、偏光分割複屈折素子１４０による直線的な光学系で干渉系を構成できるため、装置の小型化を実現することができる。さらに、ラインセンサや画素数の多い赤外光用センサなどの高価な受光素子１７１（検出器）を使用することなく、インターフェログラムを取得することができるため、装置の低コスト化を実現することができる。

また、分光スペクトルを測定する分光装置としては、プリズムや回折格子などの光学部品を使用した分散型分光装置や、サバール板およびレンズを使用した偏光分割干渉方式のフーリエ変換型分光装置（例えば、特許第３０９５１６７号公報および特許第３７９６０２４号公報）などが知られている。分散型分光装置では、高分解能を達成する観点から、入射開口を細いスリットにする必要があり、これにより光学系に取り込める光量が制限されてしまう。これに対して、フーリエ変換型分光装置では、入射開口の形状および大きさに制限がないため、光学系に多くの光を取り込むことができる。すなわち、検出される光の強度の大きさ（Ｊａｃｑｕｉｎｏｔの優位性）の観点からは、本発明に係るフーリエ変換型分光装置がより好ましい。

なお、実施の形態１に係るガスセンサ１００では、フーリエ変換レンズ１６０を移動させることにより、干渉光の集光位置と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる態様について説明したが、実施の形態１に係るガスセンサはこの態様に限定されない。たとえば、実施の形態１に係るガスセンサは、後述の変形例１〜３に係るガスセンサ１００ａ〜ｅであってもよい。図４Ａ、Ｂは、実施の形態１の変形例１に係るガスセンサ１００ａの構成を示す模式図であり、図５Ａは、実施の形態１の変形例２に係るガスセンサ１００ｂの構成を示す模式図であり、図５Ｂは、実施の形態１の変形例３に係るガスセンサ１００ｃの構成を示す模式図であり、図６Ａは、実施の形態１の変形例４に係るガスセンサ１００ｄの構成を示す模式図であり、図６Ｂは、実施の形態１の変形例５に係るガスセンサ１００ｅの構成を示す模式図である。なお、図４Ａ、図５Ａ、Ｂおよび図６Ａ、Ｂにおいて、後述の第１プリズム１８１ｂ、第２プリズム１８１ｃ、ミラー１８１ｄおよび凹面ミラー１６０ｅの近くに描かれている両矢印における２つの矢尻の大きさの違いは、紙面に垂直な方向への回動を示している。

［変形例１］
図４Ａに示されるように、変形例１に係るガスセンサ１００ａの走査部１８０ａは、フーリエ変換レンズ１６０を回動可能に保持する保持部１８１ａと、受光面１７２に対してフーリエ変換レンズ１６０を相対的に回動させるための駆動部１８２ａとを有する。図４Ｂは、検光子１５０側からフーリエ変換レンズ１６０を見たときの模式図である。図４Ｂに示されるように、変形例１に係るガスセンサ１００ａでは、フーリエ変換レンズ１６０は、保持部１８１ａ内に隙間が生じるように保持されている。

変形例１では、走査部１８０ａの駆動部１８２ａは、図４Ｂに示されるように、フーリエ変換レンズ１６０の光軸と回転軸とが一致しないようにフーリエ変換レンズ１６０を回動させることで、Ｄ_１方向およびＤ_２方向（図３Ａ参照）において、干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる。このとき、干渉光の集光位置（スポット位置）が円形状に移動されることで、Ｄ_１方向およびＤ_２方向における干渉光の集光位置と受光面１７２の位置とが相対的に移動される。

保持部１８１ａは、フーリエ変換レンズ１６０を、ゆとりをもって保持する。保持部１８１ａは、光源１１０からの光の光路を妨げない形状を有する。保持部１８１ａの外観形状は、例えば、円筒形状である。

駆動部１８２ａは、受光面１７２に対してフーリエ変換レンズ１６０を回動させる。変形例１では、駆動部１８２ａは、外観形状が円筒形状である保持部１８１ａ内に保持されているフーリエ変換レンズ１６０を、保持部１８１ａの外周方向に沿って回動させる。駆動部１８２ａは、例えば、公知の回転手段から適宜選択されうる。たとえば、駆動部１８２ａは、モーターを有し、当該モーターによりフーリエ変換レンズ１６０を回動させてもよい。

［変形例２］
図５Ａに示されるように、変形例２に係るガスセンサ１００ｂの走査部１８０ｂは、第１プリズム１８１ｂと、受光面１７２に対して第１プリズム１８１ｂを相対的に移動または回動させるための駆動部１８２ｂとを有する。第１プリズム１８１ｂは、光学素子（フーリエ変換レンズ１６０）および検出部１７０の間の光路上に配置されている。走査部１８０ｂの駆動部１８２ｂは、受光面１７２に対して第１プリズム１８１ｂを相対的に移動させるか回動させることで、干渉縞ａのラインの並び方向に沿うＤ_２方向（図３Ａ参照）において、干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる。走査部１８０ｂは、受光面１７２に対して第１プリズム１８１ｂを相対的に移動させるか回動させることができればよく、第１プリズム１８１ｂを移動させるか回動させてもよいし、検出部１７０（受光素子１７１）を移動させてもよい。変形例２では、走査部１８０ｂの駆動部１８２ｂは、第１プリズム１８１ｂを回動させる。

第１プリズム１８１ｂは、光源１１０からの光を入射させる入射面と、第１プリズム１８１ｂの内部を通った光を出射させる出射面とが平行となるように構成されている。第１プリズム１８１ｂの大きさは、透過する光の光束幅に応じて適宜選択されうる。また、第１プリズム１８１ｂの材料は、光源１１０からの出射光の波長に応じて適宜選択されうる。たとえば、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ以下である場合、第１プリズム１８１ｂの材料としては、石英を使用することができる。また、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ超かつ５μｍ以下（赤外光に相当）である場合、第１プリズム１８１ｂの材料は、サファイアであることが好ましい。さらに、光源１１０からの出射光の波長が５μｍ超である場合、第１プリズム１８１ｂの材料は、ＳｉやＧｅ、ＺｎＳｅなどであることが好ましい。第１プリズム１８１ｂは、既製品であってもよい。

駆動部１８２ｂは、受光面１７２に対して第１プリズム１８１ｂを移動または回動させる。駆動部１８２ｂは、例えば、公知の移動手段または回転手段から適宜選択されうる。

［変形例３］
図５Ｂに示されるように、変形例３に係るガスセンサ１００ｃの走査部１８０ｃは、第２プリズム１８１ｃと、受光面１７２に対して第２プリズム１８１ｃを相対的に移動または回動させるための駆動部１８２ｃとを有する。第２プリズム１８１ｃは、光学素子（フーリエ変換レンズ１６０）および検出部１７０の間の光路上に配置されている。走査部１８０ｃの駆動部１８２ｃは、受光面１７２に対して第２プリズム１８１ｃを相対的に移動させるか回動させることで、Ｄ_２方向（図３Ａ参照）において、干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる。走査部１８０ｃは、受光面１７２に対して第２プリズム１８１ｃを相対的に移動させるか回動させることができればよく、第２プリズム１８１ｃを移動させるか回動させてもよいし、検出部１７０（受光素子１７１）を移動させてもよい。変形例３では、走査部１８０ｃの駆動部１８２ｃは、第２プリズム１８１ｃを回動させる。変形例３では、干渉光の集光位置（スポット位置）が円形状に移動されることで、Ｄ_１方向およびＤ_２方向における干渉光の集光位置と受光面１７２の位置とが相対的に移動される。

第２プリズム１８１ｃは、光源１１０からの光を入射させる入射面と、第２プリズム１８１ｃの内部を通った光を出射させる出射面とが非平行となるように構成されている。第２プリズム１８１ｃの大きさは、透過する光の光束幅に応じて適宜選択されうる。また、第２プリズム１８１ｃの材料は、光源１１０からの出射光の波長に応じて適宜選択されうる。たとえば、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ以下である場合、第２プリズム１８１ｃの材料としては、石英を使用することができる。また、光源１１０からの出射光の波長が２μｍ超かつ５μｍ以下（赤外光に相当）である場合、第２プリズム１８１ｃの材料は、サファイアであることが好ましい。さらに、光源１１０からの出射光の波長が５μｍ超である場合、第２プリズム１８１ｃの材料は、ＳｉやＧｅ、ＺｎＳｅなどであることが好ましい。第２プリズム１８１ｃは、既製品であってもよい。

［変形例４］
図６Ａに示されるように、変形例４に係るガスセンサ１００ｄの走査部１８０ｄは、ミラー１８１ｄと、受光面１７２に対してミラー１８１ｄを移動または回動させるための駆動部１８２ｄとを有する。ミラー１８１ｄは、光学素子（フーリエ変換レンズ１６０）および検出部１７０の間の光路上に配置されている。走査部１８０ｄは、受光面１７２に対してミラー１８１ｄを相対的に移動させるか回動させることで、干渉縞ａのラインの並び方向に沿うＤ_２方向（図３Ａ参照）において、干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる。走査部１８０ｄは、受光面１７２に対してミラー１８１ｄを相対的に移動させるか回動させることができればよく、ミラー１８１ｄを移動させるか回動させてもよいし、検出部１７０（受光素子１７１）を移動させてもよい。変形例４では、走査部１８０ｄの駆動部１８２ｄは、ミラー１８１ｄを回動させる。

ミラー１８１ｄの大きさは、反射する光の光束幅に応じて適宜選択されうる。また、ミラー１８１ｄは、光源１１０からの出射光を反射することができればよく、例えば、表面にアルミニウムコートが施された平面ミラーである。

駆動部１８２ｄは、受光面１７２に対してミラー１８１ｄを移動または回動させる。駆動部１８２ｄは、例えば、公知の移動手段または回転手段から適宜選択されうる。たとえば、駆動部１８２ｄは、ガルバノモーターを有し、当該ガルバノモーターによりミラー１８１ｄを回動させてもよい。

［変形例５］
図６Ｂに示されるように、変形例５に係るガスセンサ１００ｅは、フーリエ変換レンズ１６０の代わりに光学素子として凹面ミラー１６０ｅを有する。走査部１８０は、受光面１７２に対して凹面ミラー１６０ｅを相対的に移動させるか回動させることで、干渉縞のラインの並び方向に沿うＤ_２方向（図３Ａ参照）において、干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる。走査部１８０は、受光面１７２に対して凹面ミラー１６０ｅを相対的に移動させるか回動させればよく、凹面ミラー１６０ｅを移動させるか回動させてもよいし、検出部１７０（受光素子１７１）を移動させてもよい。変形例５では、走査部１８０は、凹面ミラー１６０ｅを回動させる。たとえば、走査部１８０は、ガルバノモーターを有し、当該ガルバノモーターにより凹面ミラー１６０ｅを回動させてもよい。

凹面ミラー１６０ｅの大きさは、反射する光の光束幅に応じて適宜選択されうる。また、凹面ミラー１６０ｅは、光源１１０からの出射光を反射することができればよく、例えば、表面にアルミニウムコートが施された凹面ミラーである。フーリエ変換レンズ１６０として使用されうる赤外光用のサファイアレンズは、非常に高価であるため、フーリエ変換レンズ１６０の代わりに凹面ミラー１６０ｅを使用することは、装置の低コスト化を実現する観点から好ましい。

［実施の形態２］
実施の形態２に係るガスセンサ２００では、１または２以上のガスに由来する光の複数の分光スペクトルを同時に測定する。

実施の形態２に係るガスセンサ２００は、ピンホール部２２５および第２光学素子２６０をさらに有する点と、ガス保持部２２０が複数のガスセル１２１を有する点と、検出部２７０が複数の受光素子１７１を有する点とにおいて実施の形態１に係るガスセンサ１００と異なる。そこで、実施の形態１に係るガスセンサ１００と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

図７は、実施の形態２に係るガスセンサ２００の構成を示す模式図である。ガスセンサ２００は、光源１１０、２つのガスセル１２１を有するガス保持部２２０、ピンホール部２２５、第２光学素子２６０、偏光子（特許請求の範囲では、「第２偏光子」と称している）１３０、偏光分割複屈折素子１４０、検光子（特許請求の範囲では、偏光子）１５０およびフーリエ変換レンズ（特許請求の範囲では、「光学素子」と称している）１６０、２つの受光素子１７１を有する検出部２７０、走査部１８０および制御処理部（特許請求の範囲では、「処理部」と称している）１９０を有する。なお、図７において、フーリエ変換レンズ１６０の横の二重丸（◎）は、紙面に垂直な方向へのフーリエ変換レンズ１６０の移動を示している。

ガス保持部２２０は、ガスセル１２１を２つ有する。実施の形態２では、一方のガスセル１２１にのみガスが収容され、他方のガスセル１２１にはガスが収容されていない。

ピンホール部２２５は、複数のピンホールが形成されている。実施の形態２では、ピンホール部２２５は、第１ピンホール２２５１および第２ピンホール２２５２を有する。ピンホール部２２５は、光源１１０および偏光分割複屈折素子１４０の間の光路上に配置されている。第１ピンホール２２５１および第２ピンホール２２５２は、２つのガスセル１２１に対応する位置にそれぞれ配置されている。第１ピンホール２２５１は、光源１１０から出射され、ガスが収容されているガスセル１２１を透過する光の光路上に配置されている。一方、第２ピンホール２２５２は、光源１１０から出射され、ガスが収容されていないガスセル１２１を透過する光の光路上に配置されている。また、ピンホール部２２５の材料は、光源１１０から出射された光を遮光する材料である。

第１ピンホール２２５１および第２ピンホール２２５２は、通過する光の光束（光軸ＯＡに垂直な面における光束の形状および光束幅）を規定する。ピンホールの大きさおよび形状は、特に限定されないが、第１ピンホール２２５１および第２ピンホール２２５２の大きさおよび形状は、同じであることが好ましい。実施の形態２では、第１ピンホール２２５１および第２ピンホール２２５２の直径は１ｍｍ程度であり、第１ピンホールおよび第２ピンホール２２５２の形状は円形状である。

第２光学素子２６０は、ピンホール部２２５を通過した光を平行光にする。実施の形態２では、第２光学素子２６０は、第１ピンホール２２５１および第２ピンホール２２５２を通過した２つの光をそれぞれ平行光にする。これにより、異なるピンホールからの複数の光線は、平行光とされた状態で、互いに異なる入射角度で偏光分割複屈折素子１４０に入射する。

第２光学素子２６０は、ピンホール部２２５および偏光分割複屈折素子１４０の間の光路上において、ピンホール部２２５から、第２光学素子２６０の焦点距離だけ離れた位置に配置されている。第２光学素子２６０の焦点距離は、前述の仮想平面Ｓ上における干渉縞形成領域の所望の大きさに応じて適宜調整されうる。たとえば、第２光学素子２６０の焦点距離を大きくすると、形成される干渉縞形成領域の面積を小さくすることができる。

また、第２光学素子２６０の直径は、ピンホール部２２５に形成されたピンホール（透過する光の光束）の数や、ピンホールの大きさ（透過する光の光束幅）などに応じて、適宜設定されうる。また、第２光学素子２６０の形状および材料は、適宜選択されうる。第２光学素子２６０の例には、凸レンズおよび凹レンズが互いに貼り合わされたアクロマートレンズや、閉回路テレビ（ＣＣＴＶ）レンズ、Ｆマウントレンズなどの写真撮影用レンズが含まれる。第２光学素子２６０の材料の例については、実施の形態１のフーリエ変換レンズ１６０と同じである。

検出部２７０は、２つの受光素子１７１を有する。検出部２７０は、ガスセル１２１およびガスセル１２１に収容されているガスを透過した光と、ガスが収容されていないガスセル１２１を透過した光とのインターフェログラムをそれぞれ取得する。

（ガスセンサにおける光路）
次いで、実施の形態２に係るガスセンサ２００における光路について説明する。図７において、２本の一点鎖線は、検出部２７０の２つの受光素子１７１に入射する光の光軸ＯＡ_Ｓｉｇ，ＯＡ_Ｒｅｆをそれぞれ示している。光軸ＯＡ_Ｓｉｇは、光源１１０から出射され、ガスセル１２１およびガスセル１２１に収容されているガスを透過して検出部２７０に入射する光の光軸を示しており、光軸ＯＡ_Ｒｅｆは、光源１１０から出射され、ガスが収容されていないガスセル１２１を透過して検出部２７０に入射する光の光軸を示している。

まず、光軸ＯＡ_Ｓｉｇで表される光は、光源１１０から出射され、ガスセル１２１およびガスセル１２１に収容されているガスを透過し、ピンホール部２２５の第１ピンホール２２５１を通過する。次いで、第１ピンホール２２５１を通過した光に含まれる、所定の偏光方向に偏光している光が偏光子１３０を透過する。このとき、入射した光のうちＤ_１方向の偏光成分のみが、偏光子１３０を透過する。偏光子１３０を透過した光は、偏光分割複屈折素子１４０を透過して第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ_１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ_１方向の第２偏光成分とは、検光子１５０およびフーリエ変換レンズ１６０を透過し、検出部２７０の受光面１７２に到達する。

一方、光軸ＯＡ_Ｒｅｆで表される光は、光源１１０から出射され、ガスが収容されていないガスセル１２１を透過し、ピンホール部２２５の第２ピンホール２２５２を通過する。次いで、第２ピンホール２２５２を通過した光に含まれる、所定の偏光方向に偏光している光が偏光子１３０を透過する。このとき、入射した光のうちＤ_１方向の偏光成分のみが、偏光子１３０を透過する。偏光子１３０を透過した光は、偏光分割複屈折素子１４０を透過して第１偏光および第２偏光にそれぞれ分割される。次いで、第１偏光に含まれているＤ_１方向の第１偏光成分と、第２偏光に含まれているＤ_１方向の第２偏光成分とは、検光子１５０およびフーリエ変換レンズ１６０を透過し、検出部２７０の受光面１７２に到達する。

実施の形態２では、検出部２７０は、ガスセル１２１およびガスセル１２１に収容されているガスを透過した、光軸ＯＡ_Ｓｉｇで表わされる光（以下、「シグナル光」ともいう）と、ガスが収容されていないガスセル１２１を透過した、光軸ＯＡ_Ｒｅｆで表される光（以下、「参照光」ともいう）とのインターフェログラムをそれぞれ取得する。参照光はガスセル１２１に収容されているガスを透過していないため、参照光の分光スペクトルの結果は、リファレンスとして使用されうる。実施の形態２に係るガスセンサ２００の制御処理部１９０は、シグナル光の分光スペクトルと、参照光の分光スペクトルとを算出し、シグナル光の分光スペクトルから参照光の分光スペクトルを減算することで、ガスの吸収スペクトルを算出する。これにより、外部光などの影響を除去することができる。実施の形態２に係るガスセンサ２００では、シグナル光の検出と同時に参照光を検出することができるため、より高精度にガスの検出を行うことができる。

（効果）
実施の形態２に係るガスセンサ２００では、実施の形態１に係るガスセンサ１００と同様の効果を有する。さらにガスセンサ２００では、シグナル光と参照光とを同時に検出することができるため、より高精度にガスの種類および濃度を決定することができる。

なお、実施の形態２に係るガスセンサ２００は、第２光学素子２６０としてフーリエ変換レンズを使用し、かつフーリエ変換レンズ１６０を移動させることにより、干渉光の集光位置（スポット位置）と受光面１７２の位置とを相対的に移動させる態様について説明した。しかし、実施の形態２に係るガスセンサはこの態様に限定されない。たとえば、実施の形態２に係るガスセンサは、後述の変形例に係るガスセンサ２００’であってもよい。図８は、実施の形態２の変形例に係るガスセンサ２００’の構成を示す模式図である。

［変形例］
図８に示されるように、変形例に係るガスセンサ２００’は、フーリエ変換レンズ（第２光学素子）２６０の代わりに第１凹面ミラー２６０ａを有し、フーリエ変換レンズ（光学素子）１６０の代わりに第２凹面ミラー１６０ｅを有する。第２凹面ミラー１６０ｅは、実施の形態１の変形例５に係るガスセンサ１００ｅにおける凹面ミラー１６０ｅと同一であるため、その説明を省略する。また、フーリエ変換レンズ１６０の代わりに凹面ミラー（第１凹面ミラー２６０ａおよび第２凹面ミラー１６０ｅ）を使用することは、前述のとおり、高価なフーリエ変換レンズ１６０（赤外光用のサファイアレンズ）を使用しなくてもよいため、装置の低コスト化を実現する観点から好ましい。

また、実施の形態２では、２つの分光スペクトルを測定する態様について説明したが、本発明に係るガスセンサは、この態様に限定されない。たとえば、ガスセンサは、複数種類のガスのそれぞれについての複数の分光スペクトルを同時に測定してもよい。この場合、ガスセル１２１の数と、ピンホール部２２５に形成されるピンホールの数とは、ガスの種類に応じて増える。複数のピンホールは、複数のガスセル１２１に対応する位置にそれぞれ形成される。

また、上記実施の形態１、２では、両側インターフェログラムを取得するガスセンサ１００、２００について説明したが、本発明に係るガスセンサはこの態様に限定されない。たとえば、ガスセンサ１００、２００は、後述の片側インターフェログラムを取得してもよい。この場合、光源１１０から出射され、ガスセンサ１００、２００内を進行する光の光軸ＯＡの位置は、干渉縞のラインの並び方向に沿うＤ_２方向において、フーリエ変換レンズ１６０の光軸ＯＡ’を含み、かつ干渉縞のラインに平行なＤ_１方向に沿う面に対してオフセットされる（後述の図９Ａ参照）。光源１１０からの出射光の光軸ＯＡの位置をオフセットする方法は特に限定されず、例えば、光源１１０の配置を変更してもよいし、実施の形態２においてはピンホール部２２５において第１ピンホール２２５１および第２ピンホール２２５２が形成される位置を変更してもよい。

図９Ａ〜Ｃは、本発明に係るガスセンサによる片側インターフェログラムの取得について説明するための模式図である。図９Ａでは、一点鎖線は光源から出射され、検出部１７０に入射する光の光軸ＯＡを示しており、破線はフーリエ変換レンズ１６０の光軸ＯＡ’を示している。図９Ａに示されるように、光源１１０からの出射光の光軸ＯＡの位置をＤ_２方向においてフーリエ変換レンズ１６０の光軸ＯＡ’からオフセットすると、仮想平面Ｓ上に形成される干渉縞ａ’の干渉縞形成領域の位置（干渉光のスポット位置）はＤ_２方向においてオフセットされる。図９Ａでは、フーリエ変換レンズ１６０の光軸ＯＡ’を含み、かつ干渉縞ａ’のラインに平行なＤ_１方向に沿った面である境界面を基準面としたときに、干渉縞ａ’の干渉縞形成領域が当該境界面に接するように形成されている場合について示している。図９Ａでは、０次の干渉縞の片側に１次から４次の干渉縞がそれぞれ形成されている様子を示している。

両側インターフェログラムを取得する場合と比較して、仮想平面Ｓにおいて干渉縞が形成される位置が異なるが、ガスセンサは、前述と同様に、検出部１７０による干渉光の検出結果に基づいて、干渉次数に応じた干渉光の強度分布を、測定することができる（図９Ａ、Ｂ参照）。

また、Ｄ_２方向において、フーリエ変換レンズ１６０の光軸ＯＡ’に近いほど干渉縞ａ’の振幅強度は大きく、フーリエ変換レンズ１６０の光軸ＯＡ’から遠くなるほど干渉縞ａ’の振幅強度は小さくなる。このため、図９Ｃに示されるように、干渉縞ａ’に基づいて取得されるインターフェログラムは、上記境界面に相当する基準面から離れるほど振幅強度が小さくなる非対称的な形状となる（これを「片側インターフェログラム」という）。インターフェログラムは、最大光路差長Ｌ（形成された干渉縞における、０次の干渉に基づくラインと、最も高次の干渉に基づくラインとの間隔ｘに基づいて算出される光路差長）に亘って有効な波形情報となる。両側インターフェログラムと比較した場合に、同じ大きさの干渉縞形成領域が形成されたとしても、片側インターフェログラムでは、２倍の光路差長に相当する情報を得ることができる（図３Ｃおよび図９Ｃを比較参照）。この結果として、両側インターフェログラムに基づいて分光スペクトルを測定する場合と比較して、片側インターフェログラムに基づいて分光スペクトルを測定する場合には、２倍高い分解能で分光スペクトルを測定することができる。

また、上記実施の形態２では、ガス保持部２２０が、ガスが収容されているガスセル１２１とガスが収容されていないガスセルとを有する態様について説明したが、本発明に係るガスセンサは、この態様に限定されない。たとえば、ガスセル１２１が光源１１０から出射された光をほとんど吸収することなく透過させることができる場合や、光源１１０から出射された光のガスセル１２１による吸収率があらかじめ分かっている場合などには、ガス保持部２２０は、ガスが収容されないガスセル１２１を有していなくてもよい。

さらに、上記実施の形態１、２では、偏光子１３０を有するガスセンサ１００、２００について説明したが、本発明に係るガスセンサは、偏光子１３０を有していなくてもよい。これは、光源１１０から出射される光がランダム偏光の光である場合には、偏光子１３０を透過させなくても、偏光分割複屈折素子１４０で分離される正常光および異常光の時間平均強度が互いに等しくなり、検光子１５０を透過する第１方向成分および第２方向成分の大きさが互いに等しくなるためである。

本発明のガスセンサは、簡単な構成で高精度にガスを検出することができるため、例えば、気相中に存在するガス成分の種類および濃度の分析に有用である。

１ ガスセル
１０ ガスセンサ
１１ 光源
１２ 入射スリット
１３ 第１凹面ミラー
１４ 回折格子
１５ 回転手段
１６ 第２凹面ミラー
１７ 出射スリット
１８ 光検出部
１９ スペクトル測定装置
１００、１００ａ〜ｅ、２００、２００’ ガスセンサ
１１０ 光源
１２０、２２０ ガス保持部
１２１ ガスセル
１３０ 偏光子
１４０ 偏光分割複屈折素子
１５０ 検光子
１６０ フーリエ変換レンズ
１６０ｅ （第２）凹面ミラー
１７０、２７０ 検出部
１７１ 受光素子
１７２ 受光面
１８０、１８０ａ〜ｄ 走査部
１８１ａ 保持部
１８１ｂ 第１プリズム
１８１ｃ 第２プリズム
１８１ｄ ミラー
１８２ａ〜ｄ 駆動部
１９０ 制御処理部
２２５ ピンホール部
２２５１ 第１ピンホール
２２５２ 第２ピンホール
２６０ 第２光学素子
２６０ａ 第１凹面ミラー
ＯＡ、ＯＡ_Ｓｉｇ、ＯＡ_Ｒｅｆ 光軸
ＯＡ’ フーリエ変換レンズの光軸
Ｓ 仮想平面

Claims (14)

1. 検出対象のガスを収容するためのガスセルを有するガス保持部と、
   前記ガスセルに収容されているガスに光を照射するための光源と、
   前記光源から出射され、前記ガスセルに収容されているガスを透過した光を、偏光方向が互いに異なる第１偏光および第２偏光に分割するための偏光分割複屈折素子と、
   前記第１偏光に含まれている、所定の偏光方向の第１偏光成分と、前記第２偏光に含まれている、前記所定の偏光方向と同一方向の第２偏光成分とを透過させる偏光子と、
   前記第１偏光成分および前記第２偏光成分を重ね合せて、前記第１偏光成分および前記第２偏光成分の干渉縞を形成するための光学素子と、
   前記第１偏光成分および前記第２偏光成分の干渉光を検出するための受光素子を有する検出部と、
   前記干渉縞のラインの並び方向に沿う方向において、前記干渉光の集光位置と前記受光素子の受光面の位置とを相対的に移動させるための走査部と、
   を有し、
   前記検出部は、前記走査部が前記干渉光の集光位置と前記受光素子の受光面の位置とを相対的に移動させたときに干渉次数に応じた前記干渉光の強度分布を検出し、前記干渉光の強度分布に基づいて、前記ガスセルに収容されているガスを透過した光のインターフェログラムを取得する、
   ガスセンサ。
2. 前記光学素子は、フーリエ変換レンズであり、
   前記走査部は、前記受光面に対して前記フーリエ変換レンズを相対的に移動させるか回動させることで、前記干渉縞のラインの並び方向に沿う方向において、前記干渉光の集光位置と前記受光面の位置とを相対的に移動させる、
   請求項１に記載のガスセンサ。
3. 前記走査部は、
   モーターを有し、
   前記モーターにより前記フーリエ変換レンズの光軸および回転軸が一致しないように前記フーリエ変換レンズを回動させる、
   請求項２に記載のガスセンサ。
4. 前記走査部は、
   前記光学素子および前記検出部の間の光路上に配置されているプリズムを有し、
   前記受光面に対して前記プリズムを相対的に移動させるか回動させることで、前記干渉縞のラインの並び方向に沿う方向において、前記干渉光の集光位置と前記受光面の位置とを相対的に移動させる、
   請求項１に記載のガスセンサ。
5. 前記走査部は、
   前記光学素子および前記検出部の間の光路上に配置されているミラーを有し、
   前記受光面に対して前記ミラーを相対的に移動させるか回動させることで、前記干渉縞のラインの並び方向に沿う方向において、前記干渉光の集光位置と前記受光面の位置とを相対的に移動させる、
   請求項１に記載のガスセンサ。
6. 前記走査部は、
   ガルバノモーターをさらに有し、
   前記ガルバノモーターにより前記ミラーを回動させる、
   請求項５に記載のガスセンサ。
7. 前記光学素子は、凹面ミラーであり、
   前記走査部は、前記受光面に対して前記凹面ミラーを相対的に移動させるか回動させることで、前記干渉縞のラインの並び方向に沿う方向において、前記干渉光の集光位置と前記受光面の位置とを相対的に移動させる、
   請求項１に記載のガスセンサ。
8. 前記走査部は、
   ガルバノモーターを有し、
   前記ガルバノモーターにより前記凹面ミラーを回動させる、
   請求項７に記載のガスセンサ。
9. 前記走査部は、前記受光素子を移動させることで、前記干渉光の受光位置と前記受光面の位置とを相対的に移動させる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のガスセンサ。
10. 前記光源および前記偏光分割複屈折素子の間の光路上に配置されており、複数のピンホールが形成されているピンホール部と、
    前記ピンホール部および前記偏光分割複屈折素子の間の光路上に配置されており、前記ピンホール部を通過した光を平行光にするための第２光学素子と、
    をさらに有し、
    前記ガス保持部は、複数の前記ガスセルを有し、
    前記複数のピンホールは、前記複数のガスセルに対応する位置にそれぞれ形成されており、
    前記検出部は、
    複数の前記受光素子を有し、
    前記ガスセルおよび前記ガスセルに収容されているガスを透過した光と、前記ガスセルに収容されているガスを透過していない光とのインターフェログラムをそれぞれ取得する、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のガスセンサ。
11. 前記第２光学素子は、凹面ミラーである、請求項１０に記載のガスセンサ。
12. 前記光源および前記偏光分割複屈折素子の間の光路上に配置されており、前記所定の偏光方向に対して、同一方向の偏光成分または直交方向の偏光成分を透過させるための第２偏光子をさらに有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガスセンサ。
13. 前記偏光分割複屈折素子は、サバール板である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のガスセンサ。
14. 前記インターフェログラムを処理するための処理部をさらに有し、
    前記処理部は、前記インターフェログラムをフーリエ変換して、前記ガスセルを透過した光の分光スペクトルを算出する、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載のガスセンサ。

Images