JP3245144U

JP3245144U - ガス濃度測定装置

Info

Publication number: JP3245144U
Application number: JP2023003949U
Authority: JP
Inventors: 曾信華
Original assignee: 明遠精密科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2023-09-19
Filing date: 2023-10-31
Publication date: 2023-12-28
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: TWM649461U

Abstract

【課題】異なる濃度範囲に対応できる、ガス濃度測定装置を提供する。【解決手段】ガス濃度測定装置１００は、ガス検出チャンバー２０、温度感知素子３０、圧力感知素子４０、光源供給装置５０、及び光検知装置６０を備え、測定対象ガス（例えばオゾン）の濃度を測定する。温度感知素子は測定対象ガスの温度を測定し、圧力感知素子は測定対象ガスの圧力を測定する。光源供給装置は、ＵＶ－ＬＥＤを採用して紫外線光源とし、異なるオゾン吸光度を有する、第１の検出ビーム５５と補正ビームを供給して、分光素子５４により、測定対象ガスを通過する分光と、測定対象ガスを通過しない分光に分ける。光検知装置は、それぞれ、第１の検出ビームと補正ビームとの、オゾンを含有する光強度と、オゾンを含有しない光強度を測定する。上記の光強度を比べると、ランベルトベールの法則により、オゾンガスの濃度を算出することができる。【選択図】図２

Description

本考案は、測定装置に関し、特に、ガス濃度測定装置に関する。

産業の発展に伴い、さまざまな産業や生活環境でさまざまな種類のガスが使用されるようになった。例えば、オゾンは滅菌装置や半導体ウェーハの製造でよく使用されているが、市販されているオゾンの濃度を測定する機器は、オゾンの濃度を正確かつ安定して高速にフィードバックするという要件を満たすことができなくなっている。現在のオゾン濃度測定器は、紫外線吸光法を採用しており、紫外線光源からの紫外線が石英ガラス管におけるオゾンを通して、光検出器で光感知信号を測定した後、ランベルトベールの法則（Ｂｅｅｒ－ＬａｍｂｅｒｔＥｑｕａｔｉｏｎ）によってオゾンの濃度を算出する。

しかし、既存のオゾン濃度測定器は、主に低圧水銀ランプを紫外線光源として使用しており、低圧水銀ランプはオゾンの吸収スペクトルに近い紫外線光源を提供できるが、低圧水銀ランプ技術には、以下のような長年の欠点があり、解決するのが難しい。
（１）ウォームアップ時間が長く、再度測定できるようになるまでに時間がかかる。
（２）測定には高圧電源が必要であり、エネルギーを消費する。
（３）紫外線光源が周囲に飛散し、利用率が低下する。
（４）サイズが大きいため、一つのデバイスに固定波長の光源が一つしか搭載できず、オゾンの濃度範囲が違いすぎる場合には、装置を交換する必要がある。
（５）寿命が比較的短い。
（６）水銀蒸気が発生する。

また、石英ガラスの管壁が汚れたり沈殿物が堆積したりすると、光検出器で測定される光感知信号に誤差が生じる場合がある。しかし、既存のオゾン濃度測定器は、この誤差を即時にフィードバックしたり補正したりすることができない。このことから、既存のオゾン濃度測定器は、オゾン濃度の正確、安定、高速なフィードバックの要件を明らかに満たしていないことがわかる。

本考案の主な目的は、従来の技術を使用してオゾンガスの濃度を測定する場合の、紫外線光源として低圧水銀ランプを使用すると、ウォームアップ時間が長すぎ、始動電圧が高すぎ、光源使用率が低すぎ、従来の技術では単一波長を使用すると、検出できる濃度の範囲が小さすぎるという問題を解決できるガス濃度測定装置を提供することにある。

本発明のガス濃度測定装置は、測定対象ガスのガス濃度を測定するためのガス濃度測定装置において、ガス検出チャンバーのチャンバー内に、測定対象ガスがあるガス検出チャンバーと、測定対象ガスのガス温度を測定するための温度感知素子と、測定対象ガスのガス圧力を測定するための圧力感知素子と、ガス検出チャンバーの第１の側に設けられており、第１の検出ビームと補正ビームとを供給し、測定対象ガスの第１の検出ビームに対する吸光度は、測定対象ガスの補正ビームに対する吸光度より大きい少なくとも一つの光源と、第１の検出ビームを、第１の検出分光と第２の検出分光に分け、補正ビームを、第１の補正分光と第２の補正分光に分け、第１の検出分光と第１の補正分光とは、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーおける測定対象ガスとを通過し、第２の検出分光と第２の補正分光とは、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーおける測定対象ガスとを通過しない分光素子と、を備える光源供給装置と、それぞれ、ガス検出チャンバーの第２の側と第１の側に位置する、第１の光感知素子と第２の光感知素子を少なくとも備え、これにより、第１の検出ビームの第１の検出分光の光強度と、第２の検出分光の光強度をそれぞれ測定することにより、測定対象ガスの第１の検出濃度を算出し、それぞれ、補正ビームの第１の補正分光の光強度と第２の補正分光の光強度を測定することにより、測定対象ガスの補正濃度を算出し、第１の検出濃度から、補正濃度を差し引いたと、測定対象ガスのガス濃度を得られる光検知装置と、を少なくとも備えることを特徴とする。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記ガス検出チャンバーは、前記チャンバーを有する中空チャンバー本体であり、前記中空チャンバー本体の両端は、前記中空チャンバー本体の前記チャンバーと連通する、検出ガス入口と検出ガス出口をそれぞれ有し、前記測定対象ガスは、前記ガス検出チャンバーの前記中空チャンバー本体の前記チャンバーを連続的に流れる。

本考案に係るガス濃度測定装置は、更に、処理素子を備え、前記処理素子は、前記測定対象ガスの前記温度と、前記測定対象ガスの前記圧力と、前記第１の検出分光の前記光強度、前記第２の検出分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける光路長、及び前記測定対象ガスの吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記第１の検出濃度を算出し、前記処理素子は、更に、前記測定対象ガスの前記温度、前記測定対象ガスの前記圧力、前記第１の補正分光の前記光強度、前記第２の補正分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける前記光路長、及び前記測定対象ガスの前記吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記補正濃度を算出する。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記測定対象ガスはオゾンであり、前記光源からの前記第１の検出ビームと前記補正ビームとは、紫外線である。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記分光素子は傾斜式ビームスプリッターであり、前記分光素子により、前記第１の検出分光と前記第１の補正分光は、同じ第１の光路を有し、前記第２の検出分光と前記第２の補正分光は、同じ第２の光路を有する。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記ガス検出チャンバーは石英ガラス管である。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記第１の検出ビームの波長は、前記測定対象ガスの吸収波長範囲内にあり、前記補正ビームの波長は、前記測定対象ガスの前記吸収波長範囲外にあり、これにより、前記ガス検出チャンバーによる光吸収干渉誤差を補正する。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記光源供給装置は、更に、光源制御素子を備え、前記光源制御素子は、前記光源供給装置の前記光源を制御して、交互ライトモードで前記第１の検出ビームと前記補正ビームとを提供するためのものである。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記交互ライトモードは、パルスまたはインターバル形式のオンとオフであり、前記第１の検出ビームと前記補正ビームを提供する。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記第１の検出濃度から前記補正濃度を差し引いて得られる前記測定対象ガスの前記ガス濃度がデフォルト値より低いときに、前記光源は、前記第１の検出ビームの代わりに、少なくとも一つの第２の検出ビームを供給し、前記第２の検出ビームの波長及び／又は明るさは、前記第１の検出ビームの波長及び／又は明るさと異なる。

本考案に係るガス濃度測定装置は、前記光源は、一つ又は複数の発光素子を有することにより、前記第１の検出ビームと前記補正ビームを供給する。

本考案に係るガス濃度測定装置には、次のような効果がある。
（１）低圧水銀ランプを紫外線光源とする従来技術に比べて、本考案に係るガス濃度測定装置は、小さめのサイズを有する発光ダイオードを紫外線光源とするため、異なる濃度範囲を有するオゾンガスに対応することができ、設備の買い替えが不要になる。

（２）発光ダイオードを紫外線光源として、設備を起動するときにウォームアップ時間が必要ないため、パルス方式でオン・オフすることにより、紫外線光源を提供して、即時に補正することが可能である。

（３）発光ダイオードを紫外線光源とすることにより、連続的に流れる測定対象ガスの濃度を即時、正確で迅速に測定することができ、そしてウォームアップを必要せず、始動電圧が低く、水銀蒸気が無く、寿命がより長い。

（４）異なる濃度範囲を有する測定対象ガスに応じて、異なる波長を有する検出ビームに即時に変更して提供することができ、即時的な補正およびフィードバックを行うことができる。

（５）従来技術のように、石英ガラスの管壁の汚れにより、測定に誤差が発生するという問題を解決することができる。

本考案の技術的特徴および達成し得る技術的効能の理解を深めるために、より良い実施例と詳細な説明を以下に示す。

本考案に係るガス濃度測定方法を示すフローチャートである。本考案に係るガス濃度測定装置を示す模式図であって、光源が第１の検出ビームを発生する。本考案に係るガス濃度測定装置を示す模式図であって、光源が補正ビームを発生する。本考案に係るガス濃度測定装置を示す模式図であって、光源が第２の検出ビームを発生する。本考案に係るガス濃度測定装置の光源供給装置の動作を示す模式図である。

以下、本考案の実施の形態を図面に基づいて説明する。本考案の実施の形態の図面における各部材の比率は、説明を容易に理解するために示され、実際の比率ではない。また、図に示すアセンブリの寸法の比率は、各部品とその構造を説明するためのものであり、もちろん、本考案はこれに限定されない。一方、理解を便利にするために、以下の実施の形態における同じ部品については、同じ符号を付して説明する。

さらに、明細書全体および請求の範囲で使用される用語は、特に明記しない限り、通常、この分野、本明細書に開示される内容、および特別な内容で使用される各用語の通常の意味を有する。本考案を説明するために使用されるいくつかの用語は、当業者に本考案の説明に関する追加のガイダンスを提供するために、本明細書の以下または他の場所で説明される。

この記事での「第１」、「第２」、「第３」などの使用については、順序や順次を具体的に示すものではなく、本考案を制限するためにも使用されていない。これは、同じ専門用語で説明するコンポーネントまたは操作を区別するだけために使用される。

次に、この記事で「含む」、「備える」、「有する」、「含有する」などの用語が使用されている場合、それらはすべてオープンな用語である。つまり、これらは、含むがこれに限定されないことを意味する。

従来技術によってオゾンガスの濃度を測定する場合、低圧水銀ランプを紫外線光源として利用すると、ウォームアップ時間が長すぎ、始動電圧が高すぎ、及び光源利用率が低すぎ、そして従来技術で単一波長を使用すると、検出できる濃度の範囲が小さすぎるという問題を解決するために、本考案は、測定対象ガス（例えば、連続的に流れるオゾン）のガス濃度を測定するガス濃度測定装置を提案する。
本考案に係る光源供給装置の光源は、少なくとも一つ以上の紫外線波長を提供し、オゾン濃度を正確かつ迅速に測定する。本考案によれば、従来技術を利用して、石英ガラスの管壁が汚れたり沈殿物が堆積したりすることによる、光検出器で測定される光感知信号に誤差が生じる問題を解決できる。

図１から図５を参照する。図１は本考案に係るガス濃度測定方法を示すフローチャートである。図２は本考案に係るガス濃度測定装置を示す模式図であって、光源が第１の検出ビームを発生する。図３は本考案に係るガス濃度測定装置を示す模式図であって、光源が補正ビームを発生する。図４は本考案に係るガス濃度測定装置を示す模式図であって、光源が第２の検出ビームを発生する。図５は本考案に係るガス濃度測定装置の光源供給装置の動作を示す模式図である。

図１、図２から図５を参照する。本考案に係るガス濃度測定方法は、少なくとも下記のステップ、ガス検出チャンバーを用意し、ガス検出チャンバーがガス出入り通路と連通することにより、ガス検出チャンバーのチャンバー内に測定対象ガスがあるステップＳ１０と、測定対象ガスの温度を測定する温度測定ステップＳ１２と、測定対象ガスの圧力を検出する圧力測定ステップＳ１４と、第１の検出ビームと補正ビームを供給し、測定対象ガスの第１の検出ビームに対する吸光度が、測定対象ガスの補正ビームに対する吸光度より大きいステップＳ１６と、第１の検出ビームを、それぞれ、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーにおける測定対象ガスを通過する第１の検出分光と、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーにおける測定対象ガスを通過しない第２の検出分光に分け、補正ビームを、それぞれ、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーにおける測定対象ガスを通過する第１の補正分光と、ガス検出チャンバーとガス検出チャンバーにおける測定対象ガスを通過しない第２の補正分光に分けるための分光ステップＳ１８と、それぞれ、第１の検出ビームの第１の検出分光の測定対象ガスを通過した光強度と、第２の検出分光の光強度を測定し、このステップおける光強度の変化は、測定対象ガス及びガス検出チャンバーで起因することにより、測定対象ガスの第１の検出濃度を算出する光強度測定ステップＳ２０と、それぞれ、補正ビームの第１の補正分光の測定対象ガスを通過した後の光強度と、補正ビームの第２の補正分光の測定対象ガスを通過した後の光強度を測定し、上記の補正ステップおける光強度の変化は、ガス検出チャンバーで起因し、これにより、測定対象ガスの補正濃度（すなわち、ガス検出チャンバーによる誤差）を算出し、第１の検出濃度から補正濃度を差し引いて、測定対象ガスのガス濃度を得ることができる補正ステップＳ２２と、を含む。
本考案では、上記のステップの順序でガス濃度の測定方法を説明したが、これに限定されるものではなく、ステップの順序は任意であり、ステップの追加や削除も可能であり、測定対象ガスのガス濃度を取得することができれば、全て本考案が要求する保護の範囲内に含まれる。

本考案に係るガス濃度測定装置１００は、ガス検出チャンバー２０、温度感知素子３０、圧力感知素子４０、光源供給装置５０、及び光検知装置６０を少なくとも備える。上記のガス検出チャンバー２０は、ガス出入り通路１０と連通することにより、ガス検出チャンバー２０のチャンバー２２内に測定対象ガス２００がある。これにより、測定対象ガス２００のガス濃度を測定することができる。上記のガス出入り通路１０の両端は、それぞれ、通路ガス入口１２及び通路ガス出口１４であり、測定対象ガス２００は、これらを経由する。
本考案では、オゾンを測定対象ガス２００として、本考案に係るガス濃度測定装置とその方法を説明したが、本考案はこれに限定されず、本考案に係るガス濃度測定装置とその方法に適用できる何れのガスも、全て本考案が要求する保護の範囲内に含まれる。

ガス出入り通路１０の通路ガス入口１２は、例えば、測定対象ガス供給源（図示せず）と連通することにより、測定対象ガス供給源からの測定対象ガス２００をガス出入り通路１０に導入する。ガス出入り通路１０の通路ガス出口１４は、例えば、測定対象ガスアプリケーション側（図示せず）（例えば滅菌装置や半導体ウエハ処理室に限定されない。）と連通する。本考案に係る測定対象ガス２００、測定対象ガス供給源、及び測定対象ガスアプリケーション側は、上記に限定されず、何れの測定対象ガスの供給源、及び実現できるアプリケーションも、全て本考案が要求する保護の範囲内に含まれる。

ガス検出チャンバー２０は、ガス出入り通路１０と連通し、例えば、ガス出入り通路１０の両端の間に位置する。ガス検出チャンバー２０は、例えば、石英ガラスなどの透明素材を採用する石英ガラス管を含み、石英ガラス管の少なくとも上下端は、例えば石英ガラスなどの透明素材を採用する。
ガス検出チャンバー２０は、石英ガラスに限定されず、その他の素材を採用してもよく、検出ビームと補正ビームとに対して、より低い吸光度を有し、又は吸光度を有しなければ、本考案に適用することができる。ガス検出チャンバー２０は、例えば、チャンバー２２を有する中空チャンバー本体２４である。中空チャンバー本体２４の両端は、それぞれ、中空チャンバー本体２４のチャンバー２２と連通する、検出ガス入口２６と検出ガス出口２８である。測定対象ガス２００は、例えば、ガス検出チャンバー２０の中空チャンバー本体２４のチャンバー２２を連続的に流れる。

温度感知素子３０は、例えば、ガス出入り通路１０に設けられており、測定対象ガス２００の温度を測定する。圧力感知素子４０は、例えば、ガス出入り通路１０に設けられており、且つ例えば圧力感知ガス入りポート４２を経由して、ガス出入り通路１０の内部と連通することにより、ガス出入り通路１０の内部にある測定対象ガス２００の圧力を測定する。しかしながら、温度感知素子３０と圧力感知素子４０との種類、形態および設置位置は、特に限定されない。
本考案の実施例に係る温度感知素子３０と圧力感知素子４０とは、何れかの市販されている素子でもよく、且つ例えば、ガス出入り通路１０、ガス検出チャンバー２０及び／又は測定対象ガス供給源に設けられており、測定対象ガス２００の温度と圧力とを測定できれば、全て本考案に適用することができる。

本考案に係るガス濃度測定装置１００の光源供給装置５０は、少なくとも一つの光源５２と、分光素子（ＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ）５４と、を含む。本考案では、分光素子５４により、光源供給装置５０の光源５２からのビームを二つの分ビームに分け、これらの分ビームは、ガス検出チャンバー２０おける測定対象ガス２００を通過するものと、ガス検出チャンバー２０おける測定対象ガス２００を通過しないものとに分けられる。その後、光検知装置６０により、この二つの分ビームの強度をそれぞれ測定する。
測定対象ガス２００の上記のビームに対して、より高い吸光度を有する場合には、この二つの分ビームの強度の異なりは、測定対象ガス２００及びガス検出チャンバー２０に起因し、すなわち、光強度の減衰は、測定対象ガス２００及びガス検出チャンバー２０に起因する。しかしながら、測定対象ガス２００の上記のビームに対して、より低い吸光度（吸光度は、低いほどよく、更に、吸光度を有しないことがもっと良い）を有する場合には、この二つの分ビームの強度の異なりは、ガス検出チャンバー２０だけに起因する。すなわち、光強度の減衰は、ガス検出チャンバー２０だけに起因し、例えばガス検出チャンバー２０の管壁の汚れ又は堆積物に起因する光吸収干渉誤差である。換言すると、本考案では、光源５２により二つの波長を有するビーム（すなわち、それぞれ、より高い測定対象ガス吸光度を有するビーム、及びより低い測定対象ガス吸光度を有し、又は測定対象ガス吸光度を有しないビームである。）を提供して、ガス検出チャンバー２０の管壁の汚れ又は堆積物に起因する光吸収干渉誤差を差し引くことで、検出測定対象ガス２００のガス濃度を正確に測定することができる。

本考案の実施例では、光源供給装置５０は、例えばガス検出チャンバー２０の第１の側に設けられており、光源５２により、ガス検出チャンバー２０の第１の側に、第１の検出ビーム５５と補正ビーム５６とを提供する。光源５２は、例えば発光ダイオードであり、従来の紫外線光源が周囲に飛散して利用率が低下するという問題を改善するためのものである。光源供給装置５０は、例えば、マスク５１を有し、ガス検出チャンバー２０の第１の側に設けられており、且つ光源５２と分光素子５４とは、マスク５１の内部に位置するが、これに限定されず、上記のマスク５１は、中空内部や芯のある内部に限定されない。例えば、本考案では、第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）５２ａにより、第１の検出ビーム５５を発生し、第２の発光ダイオード５２ｂにより、補正ビーム５６を発生してもよい。しかしながら、本考案はこれに限定されず、例えば単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）により、第１の検出ビーム５５と補正ビーム５６とを発生してもよい。
本考案の一つの特徴は、測定対象ガス２００の第１の検出ビーム５５に対する吸光度が測定対象ガス２００の補正ビーム５６に対する吸光度より大きいことが好ましいことにある。これらの吸光度の差は大きいほどよい。例えば、第１の検出ビーム５５の波長は、測定対象ガス２００の吸収波長範囲内にあり、なお、補正ビーム５６の波長は、測定対象ガス２００の吸収波長範囲内または外にあり、測定対象ガス２００の第１の検出ビーム５５に対する吸光度は、測定対象ガス２００の補正ビーム５６に対する吸光度より大きければ、全て本考案に適用することができる。補正ビーム５６の波長は、測定対象ガス２００の吸収波長範囲外にあることが好ましい。すなわち、補正ビーム５６がガス検出チャンバー２０のチャンバー２２おける測定対象ガス２００を通過するときに、補正ビーム５６は測定対象ガス２００に吸収されないため、ガス検出チャンバー２０による誤差を得ることができる。
測定対象ガスがオゾンであることを例にして説明すると、第１の検出ビーム５５と補正ビーム５６は、例えば異なる波長を有する紫外線であり、その波長の範囲は約２００ｎｍ～約３７０ｎｍであり、又は補正ビーム５６は上記の波長の範囲外にあり、第１の検出ビーム５５の紫外線吸光度は補正ビーム５６の紫外線吸光度より大きい。オゾンの吸収スペクトルは、約２００ｎｍ～約３７０ｎｍであり、最大吸収波長は約２５４ｎｍである。このため、本考案では、例えば、オゾンガスの吸収が最も多い紫外線波長２５４ｎｍを有する第１の発光ダイオード５２ａにより、第１の検出ビーム５５を発生し、そしてオゾンガスの吸収が極めて少ない紫外線波長３８５ｎｍを有する第２の発光ダイオード５２ｂにより、補正ビーム５６を発生する。
一方、本考案は、交互方式（例えば、インターバル方式やパルス方式などを交互する方式）で、第１の発光ダイオード５２ａ及び第２の発光ダイオード５２ｂをオン・オフすることが好ましい。パルス方式を例にして説明すると、パルス幅は、例えば０．１ｍｓ～５ｍｓ範囲の何れかの数値であり、周期は例えば０．１ｓ～１ｓ範囲の何れかの数値であり、周波数は例えば１００Ｈｚ～１Ｈｚ範囲の何れかの数値である。インターバル方式を例にして説明すると、本考案では、例えば、一定の時間間隔で、第１の検出ビーム５５および補正ビーム５６を繰り返しオン・オフする。上記のデータは、例だけであり、本考案の請求範囲を限定するためのものではない。
図２及び図５を参照する。セクション（ｔ１）は、第１の発光ダイオード５２ａがオン状態にあり、第２の発光ダイオード５２ｂがオフ状態にあることを示す。図３及び図５を参照する。セクション（ｔ２）は、第１の発光ダイオード５２ａがオフ状態にあり、第２の発光ダイオード５２ｂがオン状態にあることを示す。上記のセクションは、例えば時間セクションである。ランベルトベールの法則によって、本考案では、Ｈａｒｔｌｅｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓスペクトル吸収帯（２００ｎｍ～３７０ｎｍ）において、オゾンガスを検出することができる。例えば、本考案では、オゾンガス濃度を検出できる最大値は、例えば約４００ｇ／Ｎｍ^３であって、ｇはキログラムであり、Ｎｍ^３は標準立方メートルである。或いは、例えば、本考案では、オゾンガス濃度を検出できる範囲は、例えば１ｐｐｍ～２５０ｐｐｍであってもよい。

このように、本考案に係る分光素子５４は、図２に示すように、第１の検出ビーム５５を、第１の検出分光５５ａと第２の検出分光５５ｂに分け、図３に示すように、補正ビーム５６を、第１の補正分光５６ａと第２の補正分光５６ｂに分ける。第１の検出分光５５ａと第１の補正分光５６ａとは、ガス検出チャンバー２０とガス検出チャンバー２０における測定対象ガス２００とを通過する。第２の検出分光５５ｂと第２の補正分光５６ｂとは、ガス検出チャンバー２０とガス検出チャンバー２０における測定対象ガス２００とを通過しない。分光素子５４は、例えば傾斜式ビームスプリッターであり、光源５２と第２の光感知素子６４（下記のように）との間に設けられていることにより、第１の検出分光５５ａと第１の補正分光５６ａは同じ第１の光路を有し、第２の検出分光５５ｂと第２の補正分光５６ｂは同じ第２の光路を有する。

一方、本考案に係るガス濃度測定装置１００の光検知装置６０は、第１の光感知素子６２及び第２の光感知素子６４を少なくとも含み、これらは、それぞれ、ガス検出チャンバー２０の第２の側と第１の側に位置する。本考案に係る光源５２からの第１の検出ビーム５５（紫外線）の分光素子５４を通過した第１の検出分光５５ａは、第１の光路に沿って、石英ガラスを採用するガス検出チャンバー２０を通過した後、第１の光感知素子６２に到着して、測定対象ガス２００（オゾンガス）及びガス検出チャンバー２０を含む光強度を確立し、そして第１の検出ビーム５５（紫外線）の分光素子５４を通過した第２の検出分光５５ｂは、第２の光路に沿って第２の光感知素子６４に到着して、測定対象ガス２００（オゾンガス）及びガス検出チャンバー２０を含まない光強度を確立する。同じように、本考案は、光源５２からの補正ビーム５６の第１の補正分光５６ａと第２の補正分光５６ｂとに対して、測定対象ガス２００（オゾンガス）及びガス検出チャンバー２０を含む光強度と、測定対象ガス２００（オゾンガス）及びガス検出チャンバー２０を含まない光強度と、をそれぞれ確立してもよい。

本考案が属する技術分野の通常の知識を有する者に知られているランベルトベールの法則は、光線がガスを通過しているときに、光線の吸収度（或いは、吸光度と称し、ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ）は、吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、光路長、及びガス濃度に正比例する。このため、本考案は、例えば、ランベルトベールの法則によって、測定対象ガス２００の第１の検出濃度および補正濃度を算出し、そして第１の検出濃度から、補正濃度を差し引くことで、測定対象ガス２００のガス濃度を取得することができる。

換言すると、本考案に係る光検知装置６０の第１の光感知素子６２は、第１の検出ビーム５５の第１の検出分光５５ａの光強度を測定する。本考案に係る光検知装置６０の第２の光感知素子６４は、第１の検出ビーム５５の第２の検出分光５５ｂの光強度を測定する。これにより、例えば、測定対象ガス２００の第１の検出濃度を算出することができる。そして、それぞれ、補正ビーム５６の第１の補正分光５６ａの光強度と、第２の補正分光５６ｂの光強度を測定することにより、測定対象ガス２００の補正濃度を算出することができる。第１の検出濃度から、補正濃度を差し引くことで、測定対象ガス２００のガス濃度を取得することができる。

ランベルトベールの法則によって、各種のガスの濃度Co₃を計算する式は、

である。測定対象ガス２００がオゾンであることを例にして説明すると、Ｉはオゾンガスを含むＵＶ光強度（第１の光路）の数値であり、Ｉ_０はオゾンガスを含まないＵＶ光強度（第２の光路）の数値であり、αはオゾンガスの吸収係数であり、Ｐはオゾンガスの圧力であり、Ｔはオゾンガスの温度（Ｋ度を単位とし）であり、ｐｓｉは圧力（単位はポンド／平方インチ（絶対））であり、ｌはオゾンガスの光路長である。

具体的には、本考案に係るガス濃度測定装置１００は、例えば、更に、処理素子７０を備える。処理素子７０は、例えば、光検知装置６０、温度感知素子３０及び圧力感知素子４０と電気的に接続する。処理素子７０は例えば処理制御素子である。
処理素子７０は、例えば、測定対象ガス２００の温度、測定対象ガス２００の圧力、第１の検出分光５５ａの光強度、第２の検出分光５５ｂの光強度、測定対象ガス２００のガス検出チャンバー２０のチャンバー２２おける光路長、及び測定対象ガス２００の吸収係数が、ランベルトベールの法則による、各種ガスの濃度Co₃を計算する式に代入されることで、測定対象ガス２００の第１の検出濃度Co₃1を算出することができる。
処理素子７０は、更に、例えば、測定対象ガス２００の温度、測定対象ガス２００の圧力、第１の補正分光５６ａの光強度、第２の補正分光５６ｂの光強度、測定対象ガス２００のガス検出チャンバー２０のチャンバー２２おける光路長、及び測定対象ガス２００の吸収係数が、ランベルトベールの法則による、オゾン濃度Co₃を計算する式に代入されることで、計測定対象ガス２００の補正濃度Co₃2を算出することができる。第１の検出濃度Co₃1から、補正濃度Co₃2を差し引くと、測定対象ガス２００のガス濃度Co₃3（すなわち、Co₃1-Co₃2＝Co₃3）を取得することができる。

本考案に係る光源供給装置５０は、更に、光源制御素子８０を選択的に備える。光源制御素子８０により、光源供給装置５０の光源５２を制御して、交互ライトモードで第１の検出ビーム５５及び補正ビーム５６を提供することができる。光源制御素子８０は、例えば紫外線光源パルスコントローラーであるが、これに限定されない。上記の処理素子７０は、例えば光源制御素子８０と電気的に接続してもよい。上記のライトモードは、例えば、パルス方式またはインターバル方式でオン・オフし、第１の検出ビーム５５及び補正ビーム５６を提供する。一方、光源５２は、例えば、一つ又は複数の発光素子を有し、第１の検出ビーム５５及び補正ビーム５６を提供する。
本考案では、例えば、複数の発光素子（例えば第１の発光ダイオード５２ａ及び第２の発光ダイオード５２ｂ）により、第１の検出ビーム５５及び補正ビーム５６を提供する。第１の発光ダイオード５２ａは、例えば第１の検出ビーム５５を発生する。第２の発光ダイオード５２ｂは、例えば補正ビーム５６を発生する。しかしながら、本考案は、これらに限定されない。単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、異なる波長の複数の固体発光ダイオードダイを含むことも可能なため、本考案でも、例えば、単一の発光素子（例えば発光ダイオード）により、第１の検出ビーム５５及び補正ビーム５６をそれぞれ発生してもよい。この他、本考案でも、例えば、光源制御素子８０により、第１の検出ビーム５５及び補正ビーム５６の明るさ及び／又は波長を調整してもよい。

一方、本考案の別の特徴は、測定された第１の検出濃度Co₃1から、補正濃度Co₃2を差し引いて取得した測定対象ガス２００のガス濃度Co₃3がデフォルト値より低いときに、光源５２が、図４に示すように、第１の検出ビーム５５の代わりに、少なくとも一つの第２の検出ビーム５７を提供することにある。分光素子５４は、同じように、第２の検出ビーム５７を、第３の検出分光５７ａと第４の検出分光５７ｂに分けることにより、第１の検出ビーム５５と同じように、第１の検出濃度Co₃1を取得することができる。第２の検出ビーム５７の波長及び／又は明るさは、第１の検出ビーム５５の波長及び／又は明るさと異なる。第１の検出濃度Co₃1から、補正濃度Co₃2を差し引いた後、測定対象ガス２００のガス濃度Co₃3（すなわち、Co₃1-Co₃2＝Co₃3）を取得することができる。
本考案では、検出ビームの波長または明るさの変更は、手動モードや自動モードに限定されない。自動モードで検出ビームの波長を変更することを例にして説明すると、測定対象ガス２００（例えばオゾン）の濃度が、あるデフォルト値より低いと検出したときに、例えばプリセットスケール（フルスケールなど）の１０%未満の場合には、光源制御素子８０は、例えば光源５２を制御して、即時または後で、第３の発光ダイオード５２ｃにより第２の検出ビーム５７を提供する。第３の発光ダイオード５２ｃは、例えば低濃度のオゾン吸収光源である。しかし、本考案は、これに限定されず、例えば、第１の検出ビーム５５の代わりに、単一の発光ダイオード（ＬＥＤ）により第２の検出ビーム５７を発生してもよい。第２の検出ビーム５７と補正ビーム５６との間のライトモードは、例えば、第１の検出ビーム５５と補正ビーム５６との間のライトモードと同じである。

本考案では、同じ測定対象ガス（例えばオゾン）の異なる波長を有する光線に対して、異なる吸収度を有する特性と、同じ波長を有する光線の吸収度と測定対象ガス（例えばオゾン）の濃度は、対応関係があるという特性とを利用することにより、測定対象ガスの濃度を即時で正確に測定することができる。本考案は、測定対象ガスがオゾンであることを例にして説明したが、これに限定されず、何れかのガスが異なる光線の波長に対して、異なる吸光度を有すれば、全て本考案に係るガス濃度測定装置とその方法により、このガスの濃度を測定することができる。
本考案は、流動または非流動状態にある測定対象ガスを測定して補正を行えることだけではなく、更に、連続的に流れる測定対象ガスを測定して、即時に補正を行うこともでき、例えば、測定対象ガス供給源（例えばオゾン発生器または滅菌装置）にフィードバックして、オゾンガスを十分の濃度まで発生することもできる。例えば、測定対象ガス供給源が測定対象ガスを連続的に供給する場合には、本考案によれば、連続的に流れる測定対象ガスの濃度を、即時、正確且つ迅速に測定することができるという効果を有し、且つ例えば、異なる濃度範囲を有する測定対象ガスに応じて、それに対応する波長を有する検出ビームに即時に変更することができ、そして即時に補正することもできる。本考案に係るガス濃度測定装置とその方法は、滅菌装置、半導体ウェーハ製造、又はオゾン発生装置などの、オゾン濃度を正確、安定で迅速にフィードバックすることが必要な装置の測定対象ガスアプリケーション側に適用することができる。

以上の記述は例を挙げたものにすぎず、限定するものではない。本考案の精神及び範疇から逸脱しない、それに対して行ういかなる同等効果の修正又は変更も、請求の範囲に含まれる。

１０ガス出入り通路
１２通路ガス入口
１４通路ガス出口
２０ガス検出チャンバー
２２チャンバー
２４中空チャンバー本体
２６検出ガス入口
２８検出ガス出口
３０温度感知素子
４０圧力感知素子
４２圧力感知ガス入りポート
５０光源供給装置
５１マスク
５２光源
５２ａ第１の発光ダイオード
５２ｂ第２の発光ダイオード
５２ｃ第３の発光ダイオード
５４分光素子
５５第１の検出ビーム
５５ａ第１の検出分光
５５ｂ第２の検出分光
５６補正ビーム
５６ａ第１の補正分光
５６ｂ第２の補正分光
５７第２の検出ビーム
６０光検知装置
６２第１の光感知素子
６４第２の光感知素子
７０処理素子
８０光源制御素子
１００ガス濃度測定装置
２００測定対象ガス
Ｓ１０、Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ１８、Ｓ２０、Ｓ２２ステップ
ｔ１、ｔ２セクション

Claims

測定対象ガスのガス濃度を測定するためのガス濃度測定装置において、
チャンバー内に、前記測定対象ガスがあるガス検出チャンバーと、
前記測定対象ガスの温度を測定するための温度感知素子と、
前記測定対象ガスの圧力を測定するための圧力感知素子と、
前記ガス検出チャンバーの第１の側に設けられる光源供給装置であって、第１の検出ビームと補正ビームとを供給し、前記測定対象ガスの前記第１の検出ビームに対する吸光度は、前記測定対象ガスの前記補正ビームに対する吸光度より大きい少なくとも一つの光源と、前記第１の検出ビームを、第１の検出分光と第２の検出分光に分け、前記補正ビームを、第１の補正分光と第２の補正分光に分け、前記第１の検出分光と前記第１の補正分光とは、前記ガス検出チャンバーと前記ガス検出チャンバーおける前記測定対象ガスを通過し、前記第２の検出分光と前記第２の補正分光とは、前記ガス検出チャンバーと前記ガス検出チャンバーおける前記測定対象ガスを通過しない分光素子と、を備える光源供給装置と、
それぞれ、前記ガス検出チャンバーの第２の側と前記第１の側に位置する、第１の光感知素子と第２の光感知素子を少なくとも備え、これにより、前記第１の検出ビームの前記第１の検出分光の光強度と、前記第２の検出分光の光強度をそれぞれ測定することにより、前記測定対象ガスの第１の検出濃度を算出し、それぞれ、前記補正ビームの前記第１の補正分光の光強度と前記第２の補正分光の光強度を測定することにより、前記測定対象ガスの補正濃度を算出し、前記第１の検出濃度から、前記補正濃度を差し引くことで、前記測定対象ガスの前記ガス濃度を得られる光検知装置と、を少なくとも備えることを特徴とするガス、
濃度測定装置。
前記ガス検出チャンバーは、前記チャンバーを有する中空チャンバー本体であり、前記中空チャンバー本体の両端は、前記中空チャンバー本体の前記チャンバーと連通する、検出ガス入口と検出ガス出口をそれぞれ有し、前記測定対象ガスは、前記ガス検出チャンバーの前記中空チャンバー本体の前記チャンバーを連続的に流れることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
更に、処理素子を備え、前記処理素子は、前記測定対象ガスの前記温度と、前記測定対象ガスの前記圧力と、前記第１の検出分光の前記光強度、前記第２の検出分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける光路長、及び前記測定対象ガスの吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記第１の検出濃度を算出し、前記処理素子は、更に、前記測定対象ガスの前記温度、前記測定対象ガスの前記圧力、前記第１の補正分光の前記光強度、前記第２の補正分光の前記光強度、前記測定対象ガスの前記ガス検出チャンバーの前記チャンバーにおける前記光路長、及び前記測定対象ガスの前記吸収係数によって、前記測定対象ガスの前記補正濃度を算出することを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記測定対象ガスはオゾンであり、前記光源からの前記第１の検出ビームと前記補正ビームとは、紫外線であることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記分光素子は傾斜式ビームスプリッターであり、前記分光素子により、前記第１の検出分光と前記第１の補正分光は、同じ第１の光路を有し、前記第２の検出分光と前記第２の補正分光は、同じ第２の光路を有することを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記ガス検出チャンバーは石英ガラス管であることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記第１の検出ビームの波長は、前記測定対象ガスの吸収波長範囲内にあり、前記補正ビームの波長は、前記測定対象ガスの前記吸収波長範囲外にあり、これにより、前記ガス検出チャンバーによる光吸収干渉誤差を補正することを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記光源供給装置は、更に、光源制御素子を備え、前記光源制御素子は、前記光源供給装置の前記光源を制御して、交互ライトモードで前記第１の検出ビームと前記補正ビームとを提供するためのものであることを特徴とする、請求項１に記載のガス濃度測定装置。
前記交互ライトモードは、パルスまたはインターバル形式のオンとオフであり、前記第１の検出ビームと前記補正ビームを提供することを特徴とする、請求項８に記載のガス濃度測定装置。
前記第１の検出濃度から前記補正濃度を差し引いて得られる前記測定対象ガスの前記ガス濃度がデフォルト値より低いときに、前記光源は、前記第１の検出ビームの代わりに、少なくとも一つの第２の検出ビームを供給し、前記第２の検出ビームの波長及び／又は明るさは、前記第１の検出ビームの波長及び／又は明るさと異なることを特徴とする、請求項１又は８に記載のガス濃度測定装置。
前記光源は、一つ又は複数の発光素子を有することにより、前記第１の検出ビームと前記補正ビームを供給することを特徴とする、請求項１０に記載のガス濃度測定装置。