JP2018004399A - ガス濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバには温度変化が生じにくくすることができるとともに、簡単な構成でありながら余計なエネルギー消費を伴うことなく、測定光の光路へは周囲環境の空気による測定精度への影響が表れにくくすることができるガス濃度測定装置を提供する【解決手段】前記ガスセル１の前記入射面１４と、前記光射出ユニット２の前記射出口２４の周囲に形成された第１端面２５との間において、当該射出口２４の周囲を囲うように設けられた第１シール材５と、前記ガスセル１の前記射出面１５と、前記受光ユニット３の前記入射口３４の周囲に形成された第２端面３５との間において、当該入射口３４の周囲を囲うように設けられた第２シール材６と、を備えた。【選択図】図５

Description

本発明は、ガスセル内にガスを導入するとともに当該ガスの吸光率に基づいてガスの濃度を測定するガス濃度測定装置に関するものである。

例えば半導体製造プロセスにおいては種々の液体材料を加熱して気化させて材料ガスとし、基板上に成膜が行われる真空チャンバ内へ導入される。製造される半導体の品質を保つためには、導入される材料ガスの濃度を一定に保つ必要がある。

このような濃度制御を行うために、ＮＩＲ法（近赤外線分光法）に基づいて材料ガスの濃度を測定するガス濃度測定装置がプロセス内に組み込まれている。

このガス濃度測定装置には、材料ガスが導入されるガスセルと、一端にハロゲン光源から射出された測定光が導入され、他端から測定光が射出される第１光ファイバと、第１光ファイバから射出された測定光をコリメート化し、前記ガスセル内に射出する第１レンズと、前記ガスセル内を通過した測定光を集光する第２レンズと、第２レンズで集光された測定光が一端から導入され、他端から光検出器に対して測定光が射出される第２光ファイバと、を備えたものがある（特許文献１参照）。前記検出器で測定される所定波長の光の吸光度と、予め作成されたガス種ごとの吸光度と濃度との関係を示す検量線により、ガス濃度が算出される。

ところで、材料ガスがガスセル内で冷やされて再液化し、濃度測定に影響が出るのを防ぐにはガスセル自体を加熱する必要がある。そうすると、ガスセルの近傍に設けられた各光ファイバはその熱による温度変化により導光特性が変化してしまい、測定される吸光度に影響が表れて、濃度の測定精度が低下してしまうことがある。

このような問題を解決するために各光ファイバ及び各レンズをそれぞれ保持する保持器と、ガスセルとの間に隙間を設けて分離し、ガスセルを加熱するための熱が各保持器を介して各光ファイバへと伝導しにくくすることが考えられる。

しかしながら、各保持器とガスセルとの間に隙間があると周囲環境の空気がその隙間に流入して、測定光の光路上に侵入し、測定光の吸光度が材料ガス以外のガスの影響を受けてしまう恐れがある。また、ガスセルがヒータ機構により加熱されてサンプルガスの再液化を防ぐようにしている場合、ヒータ機構により暖められた周囲空気に対してレンズの温度が低いため、レンズで結露を生じさせてしまい、光学系の特性を変化させることもある。かといって、ガス濃度測定装置全体をケースで覆い、周囲環境の空気の温度を一定に制御しようとすると、ガスセルは加熱され、各保持器は冷却するという反対方向の制御を同時に行うことになり、系全体でエネルギーを無駄に使うことになってしまう。

特開平６−９４６０９号公報

本発明は上述したような問題を一挙に解決することを意図してなされたものであり、光ファイバには温度変化が生じにくくすることができるとともに、簡単な構成でありながら余計なエネルギー消費を伴うことなく、測定光の光路へは周囲環境の空気による測定精度への影響が表れにくくすることができるガス濃度測定装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係るガス濃度測定装置は、測定光が内部へ入射する入射面と、測定光が外部へ射出される射出面と、を具備し、内部にサンプルガスが導入されるように構成されたガスセルと、前記ガスセルを加熱するヒータ機構と、内部に設けられた第１光ファイバの端面から射出される測定光を射出口を介して前記ガスセルへ射出する光射出ユニットと、入射口に入射する前記ガスセルを通過した測定光を内部に設けられた第２光ファイバの端面へ入射させる受光ユニットと、前記ガスセルの前記入射面と、前記光射出ユニットの前記射出口の周囲に形成された第１端面との間において、当該射出口の周囲を囲うように設けられた第１シール材と、前記ガスセルの前記射出面と、前記受光ユニットの前記入射口の周囲に形成された第２端面との間において、当該入射口の周囲を囲うように設けられた第２シール材と、を備えたことを特徴とする。

このようなものであれば、前記ガスセルに対して前記光射出ユニット及び前記受光ユニットが分離しており一体ではないので、サンプルガスの再液化を防ぐために前記ヒータ機構により前記ガスセルが加熱されてもその熱が前記第１光ファイバと前記第２光ファイバへと伝導しにくくすることができる。したがって、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバには温度変化が生じにくく、その導光特性がほぼ一定に保たれる。

さらに、前記第１シール材及び前記第２シール材によって、前記射出口及び前記入射口へは周囲環境の空気やその他の気体が流入するのを防げる。したがって、測定光の光路内にサンプルガス以外のガスが流通することによる測定される吸光度に誤差が発生するのを防ぐことができる。さらに、前記ヒータ機構により暖められた周囲環境の空気等が流入しないので前記光射出ユニットや前記受光ユニットを構成する低温の部材において周囲環境の空気等が凝縮し、結露が発生して、光学系に変化が生じてしまうのを防ぐことができる。

これらのことから、簡単な構成でありながら余計なエネルギー消費を伴うことなく、ガス濃度測定の精度を高く保つことが可能となる。

前記第１シール部材及び前記第２シール部材を介する前記ガスセルから前記光射出ユニット及び前記受光ユニットへの熱伝導を低減し、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの温度変化をさらに防ぐことができ、ガス濃度の測定精度を高く保てるようにするには、前記第１シール材、及び、第２シール材がＯリングであればよい。例えばＯリングは樹脂製のものであってもよいし、金属製のものであってもよい。

前記ガスセルに対して前記光射出ユニット及び前記受光ユニットが直接接触しないようにして、前記ガスセルからの熱の伝導経路を前記第１シール材及び前記第２シール材を介するものにほぼ限定されるようにして第１光ファイバ及び第２光ファイバの温度変化が生じないようにするには、前記第１シール材及び前記第２シール材が設けられた状態において、前記ガスセルの前記入射面と、前記光射出ユニットの前記第１端面との間に第１隙間が形成されており、前記ガスセルの前記射出面と、前記受光ユニットの前記第２端面との間に第２隙間が形成されていればよい。

前記第１シール材及び前記第２シール材が押しつぶされるようにして、前記射出口及び前記入射口への周囲環境の空気等の流入を確実に防げるようにしつつ、前記ガスセルから前記光射出ユニット及び前記受光ユニットへの熱の伝導を防ぐことができるようにするには、記第１隙間及び前記第２隙間がほぼ同じ大きさであり、前記第１シール材及び前記第２シール材の変形前の厚み寸法が前記第１隙間及び前記第２隙間よりも大きく設定されていればよい。

例えばサンプルガスがＨ_２Ｏ_２のように金属に対して反応性の高いガスであってもその反応を抑え、濃度測定に影響が発生しないようにするとともに前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバへの熱の伝導をより防ぎやすくするには、前記ガスセルが石英ガラスで形成されており、前記光射出ユニットが、測定光が端面から射出される第１光ファイバと、前記第１光ファイバの端面から射出された測定光をコリメート化する第１レンズと、前記第１光ファイバと前記第１レンズを内部に保持する樹脂製の第１保持器と、を具備し、前記第１開口及び前記第１端面が前記第１保持器に形成されており、前記受光ユニットが、測定光が端面から導入される第２光ファイバと、前記第２光ファイバの端面へ測定光を集光する第２レンズと、前記第２光ファイバと前記第２レンズを内部に保持する樹脂製の第２保持器と、前記第２開口及び前記第２端面が前記第２保持器に形成されていればよい。

前記ヒータ機構が前記ガスセルのみを加熱して前記光射出ユニット及び前記受光ユニットに熱が直接伝導されないようにするには、前記ヒータ機構が、前記ガスセル周囲に巻き付けられるとともに、前記第１端面及び前記第２端面とは離間するように設けられたジャケットヒータであればよい。

前記ガスセルを中心として前記光射出ユニット及び前記受光ユニットが対称に配置され、光学系に差が生じないように自然と設計値通りの位置に配置されるようにするには、前記光射出ユニットの第１端面と、前記受光ユニットの第２端面とを所定距離離間させた状態で固定する固定機構と、前記ガスセルを測定光の光軸方向に対して摺動可能に仮保持する仮保持機構と、をさらに備え、前記第１シール材及び前記第２シール材の反発力によって前記ガスセルが前記光射出ユニットと前記受光ユニットとの間に押圧挟持されるように構成されていればよい。

本発明に係るガス濃度測定装置が好適に用いられる具体的な構成としては、前記ガスセルに導入されるサンプルガスがＨ_２Ｏ_２を含むものであり、前記測定光が近赤外領域の光を含み、前記受光ユニットで受光される測定光の吸光度に基づいて前記ガスセル内に導入されるＨ_２Ｏ_２の濃度を算出する濃度算出器をさらに備えたものが挙げられる。

このように本発明に係るガス濃度測定装置によれば、前記ガスセルが加熱されている場合でも各光ファイバへは熱がほとんど伝導されず、その導光特性に変化が生じにくくすることができる。また、前記第１シール材及び前記第２シール材により前記射出口及び前記入射口の周囲には周囲環境の空気が侵入できないので、サンプルガス以外のガスによる吸光の影響や周囲環境の空気が結露することによるガス濃度の測定精度の低下を防ぐことができる。また、ヒータ機構の加熱によりガス濃度測定装置を構成する例えば樹脂等の部材が一部気化したとしても、この気化したガスが前記射出口及び前記入射口に侵入する事も防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置及びガス濃度制御システムを示す模式図。 同実施形態におけるガス濃度測定装置の構成を示す模式図。 同実施形態におけるガスセル及びその近傍の機器の構成を示す模式的斜視図。 同実施形態におけるガスセル及びその近傍の機器の構成を示す模式的斜正面図。 同実施形態における光射出ユニットの内部構造と、ガスセルに対する位置関係を示す模式的断面図。 同実施形態における受光ユニットの内部構造と、ガスセルに対する位置関係を示す模式的断面図。

本発明の一実施形態に係るガス濃度測定装置１００及びこれを用いたガス濃度制御システム２００について各図を参照しながら説明する。

図１に示される前記ガス濃度制御システム２００は、例えば半導体製造プロセスにおいて材料ガスであるＨ_２Ｏ_２を一定の濃度で保ちながら基板に酸化膜を形成するためのチャンバ内へ供給するものである。

前記ガス濃度制御システム２００は、Ｈ_２Ｏ_２ガスを発生させ、その濃度を制御する気化装置ＶＡと、前記気化装置ＶＡとチャンバとの間に設けられ、通過するＨ_２Ｏ_２ガスの濃度を測定する濃度測定装置１００とから構成してある。なお、Ｈ_２Ｏ_２ガスは金属との接触により分解が生じ、Ｈ_２ＯとＯ_２になるため、前記ガス濃度制御システム２００全体の接ガス部分には金属以外の材料を用いて形成してある。

前記気化装置ＶＡは、図１に示すようにキャリアガスであるＮ_２の流量を制御するマスフローコントローラＭＦＣが設けられたキャリアガスラインＣＬと、Ｈ_２Ｏ_２溶液が内部に収容されたタンクＴＮ及び流れるＨ_２Ｏ_２溶液の流量を測定する液体マスフローメータＬＭＦＭとが設けられた材料液ラインＭＬと、前記キャリアガスラインＣＬと前記材料液ラインＭＬの合流点に設けられ、Ｈ_２Ｏ_２溶液を加熱して蒸発させる気化器ＶＰと、を備えている。なお、前記タンクＴＮ内へはＮ_２ガスを所定圧力で供給することで、Ｈ_２Ｏ_２溶液を前記気化器ＶＰまで圧送するようにしてある。また、前記マスフローコントローラＭＦＣは、前記ガス濃度測定装置１００で測定されるＨ_２Ｏ_２ガスの測定濃度と、目標濃度の偏差が小さくなるようにキャリアガスの流量を制御する。

前記ガス濃度測定装置１００は、図１に示すようにサンプルガスであるＨ_２Ｏ_２ガスが流通するように構成され、当該Ｈ_２Ｏ_２ガスに対して測定光を通過させるガスセル機構ＧＳと、測定光を発生させるとともに前記ガスセル機構ＧＳにおいてＨ_２Ｏ_２ガスを通過した測定光の吸光度を測定するガス濃度モニタＧＭと、から構成してある。

より具体的には図２に示すように前記ガス濃度測定装置１００は、ＮＩＲ法に基づいてＨ_２Ｏ_２ガスの濃度を測定するものであって、ハロゲン光源ＨＬから射出された近赤外領域の波長の光が、前記ガスセル機構ＧＳを経由せずに参照光として検出器ＤＴへと入射する参照光ラインＬ１と、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光が測定光として前記ガスセル機構ＧＳを経由して前記検出器ＤＴに至る測定光ラインＬ２とを備えている。また、このガス濃度測定装置１００は、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光の光路を前記参照光ラインＬ１又は前記測定光ラインＬ２のいずれかに切り替えるための２つの第１切り替えミラーＦＭ１と第２切り替えミラーＦＭ２を備えている。すなわち、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光について前記参照光ラインＬ１を通って前記検出器ＤＴへ到達させる場合には、前記第１切り替えミラーは光路上から外され、第２切り替えミラーＦＭ２が光路上に配置される。また、前記ハロゲン光源ＨＬから射出された光が前記測定光ラインＬ２を通って前記検出器ＤＴへと到達させる場合には、前記第２切り替えミラーＦＭ２は光路上から外され、第１切り替えミラーＦＭ１が光路上に配置される。

前記検出器ＤＴでは例えば参照光と測定光の強度からＨ_２Ｏ_２、Ｈ_２Ｏの吸収波長域における吸光度が測定される。前記ガス濃度モニタＧＭは、測定される吸光度に基づいてＨ_２Ｏ_２ガス及びＨ_２Ｏガスの濃度を算出するガス濃度算出器Ｃをさらに備えている。前記ガス濃度算出器Ｃは、ＣＰＵ、メモリ、入出力手段、Ａ／Ｃ・Ｄ／Ｃコンバータ等を備えた、いわゆるコンピュータにおいてメモリに格納されたプログラムが実行され、各機器が協業することでその機能が実現される。すなわち、ガス濃度算出器Ｃは、吸光度と、吸光度及びガス濃度との間の関係を示す検量線とに基づいてガス濃度を算出するようにしてある。前記検量線は実験等により予め作成されたものである。

次に前記ガスセル機構ＧＳの詳細について図３乃至６を参照しながら説明する。

前記ガスセル機構ＧＳは、図３及び図４に示すように前記気化器ＭＶと前記チャンバとの間を接続するラインの一部を構成し、Ｈ_２Ｏ_２ガスが導入されるガスセル１と、前記ガスセル１に対して測定光を入射させる光射出ユニット２と、前記ガスセル１を通過した測定を受光する受光ユニット３と、前記ガスセル１、前記光射出ユニット２、及び、前記受光位置ユニットを所定の位置関係を保った状態で固定する固定機構４と、を備えたものである。前記光射出ユニット２と前記受光ユニット３は光学的に同じ構成要素を有しており、前記ガスセル機構ＧＳは図４の正面図に示すように前記ガスセル１を中心として共役となるように配置してある。また、本実施形態では前記ガスセル１、前記光射出ユニット２、及び、前記受光ユニット３のそれぞれは別体として形成してある。

前記ガスセル１は、前記光射出ユニット２と前記受光ユニット３との間に配置される概略円筒状の本体管１１と、前記本体管１１の側面上流側に垂直に設けたガス導入管１２と、前記本体管１１の側面下流側に設けたガス導出管１３と、を備えている。前記ガスセル１は石英ガラスで形成してあり、Ｈ_２Ｏ_２ガスに分解反応が生じにくくしてある。前記本体管１１の上流側の端面は前記光射出ユニット２から射出された測定光が入射する入射面１４であり、下流側の端面はＨ_２Ｏ_２ガスを通過した測定光が外部へ射出される射出面１５である。すなわち、測定光の光軸と前記本体管１１の軸とが一致するようにしてある。

このガスセル１は気化したＨ_２Ｏ_２ガスが冷却されて再び液化するのを防ぐために、図１に示すように前記本体管１１の周囲、前記ガス導入管１２及び前記ガス導出管１３の周囲を覆うようにヒータ機構であるジャケットヒータＪＨを巻き付けてある。ジャケットヒータＪＨは断熱材である帯状の樹脂材に電熱線を設けたものであり、各管の側面を全て覆うように巻き付けてある。なお、ジャケットヒータＪＨは前記光射出ユニット２及び前記受光ユニット３と接触せず、隙間が生じるように設けてある。

前記光射出ユニット２は、図３、図４、図５に示すように前記ハロゲン光源ＨＬから射出された測定光を導波する第１光ファイバ２１と、前記第１光ファイバ２１の端面に対向するように設けた第１レンズ２２と、前記本体管１１とほぼ同じ直径の円筒状をなし、前記第１光ファイバ２１と前記第１レンズ２２を内部に保持する第１保持器２３と、を備えたものである。

前記第１保持器２３は、樹脂製のものであり、一方の端面には前記第１光ファイバ２１を内部に挿入するための挿入穴が開口させてあり、他方の端面である第１端面２５には前記第１レンズ２２の光射出側の近傍に当該第１レンズ２２を通過した測定光が外部へと射出される射出口２４が形成してある。この第１端面２５には、前記射出口２４を中心として円形状の第１凹溝２６が形成してある。そして、この第１端面２５は前記ガスセル１の前記入射面１４と近接させて対向するように設けてある。

図５に示すように前記光射出ユニット２の第１端面２５と、前記ガスセル１の前記入射面１４との間には第１凹溝２６内に収容された第１シール材５であるＯリングが設けてある。すなわち、前記第１シール材５は前記射出口２４の周囲を気密に囲うように設けてある。また、前記光射出ユニット２と前記ガスセル１が前記固定機構４に固定され、前記第１シール材５が厚み方向に押しつぶされた状態において、前記第１端面２５と前記入射面１４との間には第１隙間７が形成されるようにしてある。言い換えると、組み付けられた状態において前記光射出ユニット２は前記ガスセル１に対して直接接触しておらず、前記第１シール材５のみを介して間接的にしか前記ガスセル１から熱が伝導されないようにしてある。

前記受光ユニット３は、図３、図４、図６に示すように前記ガスセル１を通過した測定光を集光する第２レンズ３２と、前記第２レンズ３２に対して端面が対向するように設けてあり、前記第２レンズ３２を通過した測定光を前記検出器ＤＴへと導波する第２光ファイバ３１と、前記本体管１１とほぼ同じ直径の円筒状をなし、前記第２レンズ３２と前記第２光ファイバ３１を内部に保持する第２保持器３３と、を備えたものである。

前記第２保持器３３は、樹脂製のものであり、一方の端面である第２端面３５には前記第２レンズ３２の光入射側の近傍に前記ガスセル１を通過した測定光を内部へと入射させるための入射口３４が形成してあり、他方の端面には前記第２光ファイバ３１を内部に挿入するための挿入穴が開口させてある。前記第２端面３５には、前記入射口３４を中心として円形状の第２凹溝３６が形成してある。そして、この第２端面３５は前記ガスセル１の前記射出面１５と近接させて対向するように設けてある。

図６に示すように前記ガスセル１の前記射出面１５と、前記受光ユニット３の前記第２面との間には第２凹溝３６内に収容された第２シール材６であるＯリングが設けてある。すなわち、前記第２シール材６は前記入射口３４の周囲を気密に囲うように設けてある。また、前記ガスセル１と前記受光ユニット３が前記固定機構４に固定され、前記第２シール材６が厚み方向に押しつぶされた状態において、前記射出面１５と前記第２端面３５との間には第２隙間８が形成されるようにしてある。言い換えると、組み付けられた状態において前記ガスセル１に対して前記受光ユニット３は直接接触しておらず、前記第２シール材６のみを介して間接的にしか前記ガスセル１から熱が伝導されないようにしてある。また、前記第１隙間７と前記第２隙間８はほぼ同じ大きさとなるようにしてあり、前記第１シール材５及び前記第２シール材６の変形前の厚み寸法は前記第１隙間７及び前記第２隙間８よりも大きいものである。

前記固定機構４は、概略長方形板状の金属製の土台４１と、前記土台４１に立設して設けた樹脂製の第１支持台４２、第２支持台４３、中央支持台４４とを備えている。

前記第１支持台４２は前記土台４１の一端側に立設させて設けられた板状のものであり、前記光射出ユニット２が固定される。より具体的には図５に示すように前記第１保持器２３の前記第１端面２５側は２段円筒状に形成してあり、前記第１端面２５側の小径部分が前記第１支持台４２に対して挿入される。前記第１保持器２３の大径部分の端面が基準面となり、前記第１支持台４２の一方の面に当接した状態で、前記第１端面２５が前記第１支持台４２の他方の面とほぼ面一となるように構成してある。この状態で前記第１保持器２３の側面側からねじ止めすることで前記光射出ユニット２は固定され、前記第１端面２５の位置が規定される。

前記第２支持台４３は前記土台４１の他端側に立設させて設けられた板状のものであり、前記受光ユニット３が固定される。より具体的には図６に示すように前記第２保持器３３の前記第２端面３５側は２段円筒状に形成してあり、前記第２端面３５側の小径部分が前記第２支持台４３に対して挿入される。前記第２保持器３３の大径部分の端面が基準面となり、前記第２支持台４３の他方の面に当接した状態で、前記第２端面３５が前記第２支持台４３の一方の面とほぼ面一となるように構成してある。この状態で前記第２保持器３３の側面側からねじ止めすることで前記受光ユニット３は固定され、前記第２端面３５の位置が規定される。

このように、前記固定機構４に対して前記第１保持器２３及び前記第２保持器３３が固定されるだけで、前記第１端面２５と前記第２端面３５は所定距離離間した状態で正確に配置することができる。したがって、前記第１光ファイバ２１、前記第１レンズ２２、前記第２レンズ３２、前記第２光ファイバ３１もその光軸上において設計上の位置に配置されることになる。

前記中央支持台４４は、前記ガスセル１の本体管１１が測定光の光軸方向に摺動可能に仮保持される仮保持機構である。例えば前記第１保持器２３を前記固定機構４に固定した状態で、前記中央支持台４４に前記ガスセル１が挿入され、前記第１端面２５と前記入射面１４との間に第１シール材５を挟んだ状態で前記ガスセル１が前記第１支持台４２側へと押し付けられる。次に前記射出面１５と前記第２端面３５との間に第２シールを挟んだ状態で、前記第２支持台４３に前記第２保持器３３を固定することで前記ガスセル１を前記第１支持台４２側へ押圧する。このように取り付けることで、前記ガスセル１は前記第１シール材５及び前記第２シール材６からそれぞれ逆向きの反発力を受けることにより、それぞれの力が釣り合う位置まで移動する。したがって、前記第１端面２５と前記第２端面３５の中央に前記ガスセル１が配置されるまで自然と移動することになり、この状態で前記中央支持台４４に対して前記ガスセル１はねじにより固定される。すなわち、前記固定機構４及び前記仮保持機構により前記ガスセル１、前記光射出ユニット２、前記受光ユニット３がそれぞれ別体で構成されているにもかかわらず、前記ガスセル１が前記第１シール材５及び前記第２シール材６の反発力により前記光射出ユニット２及び前記受光ユニット３の間で押圧挟持されて、各部の有する光学部材を設計上の位置へ精度良く配置することが可能となる。

このように構成されたガス濃度測定装置１００によれば、前記第１シール材５及び前記第２シール材６がそれぞれ前記射出口２４及び前記入射口３４を気密に囲うように設けてあるので、前記ガスセル機構ＧＳの周囲環境の空気が前記射出口２４及び前記入射口３４へと侵入することを防ぐことができる。また、ジャケットヒータＪＨが発熱することにより断熱材を形成する樹脂の一部が気化したとしても、この気化ガスが前記射出口２４及び前記入射口３４へ侵入することを防ぐことができる。

したがって、測定光の光路上にサンプルガスであるＨ_２Ｏ_２以外の成分が侵入したり、周囲環境の空気やガスが前記第１レンズ２２又は前記第２レンズ３２で結露したりすることで、測定される吸光度が変化して精度よくガス濃度を測定できなくなるのを防ぐことができる。

また、前記ジャケットヒータにより加熱されている前記ガスセル１に対して前記光射出ユニット２と前記受光ユニット３は直接接触しておらず、樹脂であるＯリングを介してのみ接触しているので、前記ガスセル１から熱伝導により前記第１光ファイバ２１及び前記第２光ファイバ３１が加熱され、温度変化が生じるのも防ぐことができる。したがって、光ファイバの導光特性を一定に保つことができ、ガス濃度の測定精度を高い精度で保つことが可能となる。

その他の実施形態について説明する。

前記実施形態ではＨ_２Ｏ_２ガスの濃度を測定するために本発明のガス濃度測定装置を用いたが、その他の種類のガスの濃度を測定するために用いても構わない。例えば医療系のガスを生成する際にその濃度を測定し、所望の濃度のガスを得るために用いても構わない。Ｈ_２Ｏ_２ガスのように金属に対して反応性を有さないガスの場合にはガスセルを石英ガラス以外の材料で形成しても構わない。また、光射出ユニット及び受光ユニットについても樹脂以外の材料で構成してもよい。

第１シール材及び第２シール材についてはＯリングに限られるものではなく、例えばガスセルに対する光射出ユニット又は受光ユニットの隙間を埋めるように設けられたコーキング材であっても構わない。また、Ｏリングについては樹脂製のものであってもよいし、金属製のものであってもよい。前記ヒータ機構はジャケットヒータに限られるものではなく、前記ガスセルを加熱し、内部を流通するサンプルガスが分解せず、再液化しない程度に温められるものであればよい。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の組み合わせを行っても構わない。

１００・・・ガス濃度測定装置
１ ・・・ガスセル
１４ ・・・入射面
１５ ・・・射出面
２ ・・・光射出ユニット
２１ ・・・第１光ファイバ
２２ ・・・第１レンズ
２３ ・・・第１保持器
２４ ・・・射出口
２５ ・・・第１端面
３ ・・・受光ユニット
３１ ・・・第２光ファイバ
３２ ・・・第２レンズ
３３ ・・・第２保持器
３４ ・・・入射口
３５ ・・・第２端面
４ ・・・固定機構
５ ・・・第１シール材
６ ・・・第２シール材

Claims (8)

1. 測定光が内部へ入射する入射面と、測定光が外部へ射出される射出面と、を具備し、内部にサンプルガスが導入されるように構成されたガスセルと、
   前記ガスセルを加熱するヒータ機構と、
   内部に設けられた第１光ファイバの端面から射出される測定光を射出口を介して前記ガスセルへ射出する光射出ユニットと、
   入射口に入射する前記ガスセルを通過した測定光を内部に設けられた第２光ファイバの端面へ入射させる受光ユニットと、
   前記ガスセルの前記入射面と、前記光射出ユニットの前記射出口の周囲に形成された第１端面との間において、当該射出口の周囲を囲うように設けられた第１シール材と、
   前記ガスセルの前記射出面と、前記受光ユニットの前記入射口の周囲に形成された第２端面との間において、当該入射口の周囲を囲うように設けられた第２シール材と、を備えたことを特徴とするガス濃度測定装置。
2. 前記第１シール材、及び、第２シール材がＯリングである請求項１記載のガス濃度測定装置。
3. 前記第１シール材及び前記第２シール材が設けられた状態において、
   前記ガスセルの前記入射面と、前記光射出ユニットの前記第１端面との間に第１隙間が形成されており、
   前記ガスセルの前記射出面と、前記受光ユニットの前記第２端面との間に第２隙間が形成されている請求項１又は２記載のガス濃度測定装置。
4. 前記第１隙間及び前記第２隙間がほぼ同じ大きさであり、前記第１シール材及び前記第２シール材の変形前の厚み寸法が前記第１隙間及び前記第２隙間よりも大きく設定されている請求項３記載のガス濃度測定装置。
5. 前記ガスセルが石英ガラスで形成されており、
   前記光射出ユニットが、
   測定光が端面から射出される第1光ファイバと、
   前記第１光ファイバの端面から射出された測定光をコリメート化する第１レンズと、
   前記第１光ファイバと前記第１レンズを内部に保持する樹脂製の第1保持器と、を具備し、
   前記第１開口及び前記第１端面が前記第１保持器に形成されており、
   前記受光ユニットが、
   測定光が端面から導入される第２光ファイバと、
   前記第２光ファイバの端面へ測定光を集光する第２レンズと、
   前記第２光ファイバと前記第２レンズを内部に保持する樹脂製の第２保持器と、
   前記第２開口及び前記第２端面が前記第２保持器に形成されている請求項１乃至４いずれかに記載のガス濃度測定装置。
6. 前記ヒータ機構が、前記ガスセル周囲に巻き付けられるとともに、前記第１端面及び前記第２端面とは離間するように設けられたジャケットヒータである請求項１乃至５いずれかに記載のガス濃度測定装置。
7. 前記光射出ユニットの第１端面と、前記受光ユニットの第２端面とを所定距離離間させた状態で固定する固定機構と、
   前記ガスセルを測定光の光軸方向に対して摺動可能に仮保持する仮保持機構と、をさらに備え、
   前記第１シール材及び前記第２シール材の反発力によって前記ガスセルが前記光射出ユニットと前記受光ユニットとの間に押圧挟持されるように構成されている請求項１乃至６いずれかに記載のガス濃度測定装置。
8. 前記ガスセルに導入されるサンプルガスがＨ_２Ｏ_２を含むものであり、
   前記測定光が近赤外領域の光を含み、
   前記受光ユニットで受光される測定光の吸光度に基づいて前記ガスセル内に導入されるＨ_２Ｏ_２の濃度を算出する濃度算出器をさらに備えた請求項１乃至７いずれかに記載のガス濃度測定装置。