JP4239799B2 - Spectroscopic specific component sensor - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、化学物質の同定あるいは定量評価に用いられる分光式特定成分センサに関するものである。   The present invention relates to a spectroscopic specific component sensor used for identification or quantitative evaluation of chemical substances, for example.

従来、この種の分光式特定成分センサに用いられる分光計測技術は、化学物質の同定あるいは定量評価の手法としてしばしば用いられ、紫外域、可視域、赤外域の波長光を用いて、被検査物質に照射したときの透過光あるいは反射光の波長特性を評価する。物質の化学構造に伴う入射光の吸収の波長依存性を用いた分析手段のひとつである。   Conventionally, the spectroscopic measurement technique used for this type of spectroscopic specific component sensor is often used as a method for identifying or quantitatively evaluating chemical substances, and inspected substances using wavelength light in the ultraviolet, visible, and infrared regions. The wavelength characteristics of transmitted light or reflected light when irradiated on the substrate are evaluated. This is one of the analytical means using the wavelength dependence of the absorption of incident light accompanying the chemical structure of the substance.

また、理化学研究用途だけでなく、食品工業、化学工業、農漁業分野などの工程管理、品質管理の道具として工業的応用がなされ、あるいはガスセンサー、湿度センサ、火災センサなど環境測定・防災分野への展開が可能である。   In addition to physics and chemistry research applications, industrial applications have been made as tools for process management and quality control in the food industry, chemical industry, agriculture and fishery fields, etc., or for environmental measurement and disaster prevention fields such as gas sensors, humidity sensors, fire sensors Is possible.

上記分光計測技術の中でも赤外光を用いた分析技術が、化学分析、農業食品分析、医薬品用途などで使用される。例えば非特許文献1には、広い波長域においての分析時には分光光度計が用いられ、短波長域あるいは特定波長成分のみ使用するときは光学多層膜によるバンドパスフィルタ又は傾斜膜厚バンドパスフィルタが使用されることもあると記載されている。しかし、幅広い波長域をカバーする分光光度計は大型で非常に高価であるので、安価で小型コンパクトな分光式センサを実現することは上記の用途において有効である。   Among the spectroscopic measurement techniques, an analysis technique using infrared light is used for chemical analysis, agricultural food analysis, pharmaceutical use, and the like. For example, in Non-Patent Document 1, a spectrophotometer is used for analysis in a wide wavelength range, and a bandpass filter or an inclined film thickness bandpass filter using an optical multilayer film is used when only a short wavelength range or a specific wavelength component is used. It is described that it may be done. However, since a spectrophotometer that covers a wide wavelength range is large and very expensive, it is effective in the above applications to realize a low-cost, small and compact spectroscopic sensor.

従来からガス独自の波長吸収特性を利用した赤外域ガスセンサが種々、提案されている。これらは受光器で検知した光量からガスの種類、濃度を測定するものである。例えば、特許文献1には分光−受光器を複数個使用したスタテイック方式、特許文献2には分光部を可変測定させ1個の受光系からなるダイナミック方式が開示されている。スタテイック方式は赤外域を対象に素子ケース内に光学フィルタと受光素子とをセットして複数配置したものである。これに対し、ダイナミック方式はファブリペローエタロンを応用した波長可変な分光部と1個の受光素子から構成され、省電力化が可能という点で優れている。   Conventionally, various infrared gas sensors using gas-specific wavelength absorption characteristics have been proposed. These measure the type and concentration of gas from the amount of light detected by the light receiver. For example, Patent Document 1 discloses a static system using a plurality of spectroscopic-light receivers, and Patent Document 2 discloses a dynamic system including a single light receiving system in which a spectroscopic unit is variably measured. In the static method, a plurality of optical filters and light receiving elements are set and arranged in an element case for the infrared region. In contrast, the dynamic method is composed of a wavelength-variable spectroscopic unit using a Fabry-Perot etalon and a single light receiving element, and is excellent in that it can save power.

また、特許文献3には、以下のような赤外線ガス分析計が開示されている。多層膜フィルタを固定し周期的に一定角度間を移動させる移動機構において、ソレノイドの励磁電源を制御部により一定周期でオンオフすると、ソレノイドの移動軸が水平方向に往復移動し、レバー(B)に搭載固定された多層膜フィルタは角度θの範囲内を往復移動する。この角度θは、およそ0〜45°の範囲内で透過させるに必要な波長光により決められる。
特開平3−205521号公報(第4頁−第6頁、及び、第2図) 特開平9−79980号公報(第3頁−第4頁、及び、第2図) 特開2001−27601号公報(第2頁−第3頁、及び、第2図) 尾崎幸洋,河田聡、「近赤外分光法」、学会出版センター)
Patent Document 3 discloses the following infrared gas analyzer. In the moving mechanism that fixes the multilayer filter and periodically moves it between a certain angle, when the excitation power source of the solenoid is turned on and off at a constant cycle by the control unit, the moving axis of the solenoid reciprocates in the horizontal direction and moves to the lever (B). The mounted and fixed multilayer filter reciprocates within the range of the angle θ. This angle θ is determined by the wavelength light necessary for transmission within a range of approximately 0 to 45 °.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-205521 (pages 4 to 6 and FIG. 2) Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-79980 (pages 3 to 4 and FIG. 2) Japanese Patent Laid-Open No. 2001-27601 (pages 2 to 3 and FIG. 2) Yukihiro Ozaki, Kaoru Kawada, “Near-Infrared Spectroscopy”, Academic Publishing Center)

しかしながら、上記従来の赤外線ガス分析計などのように、スタテイック方式では、高価な受光素子を複数個使用せねばならず、測定波長が通常、数点以内に制限され素子の小型化に限界があり、ダイナミック方式のファブリペロー構造は、微細加工技術を用いているので、多工程からなるデバイスアセンブリ、製造歩留まりなどの課題を抱え、素子ごとにおいて加工精度にともなう測定波長のばらつきの問題があり、生産性という点で問題があった。   However, like the above-mentioned conventional infrared gas analyzers, the static method requires the use of a plurality of expensive light receiving elements, and the measurement wavelength is usually limited to a few points, which limits the miniaturization of the elements. Since the dynamic Fabry-Perot structure uses microfabrication technology, it has problems such as multi-step device assembly and manufacturing yield, and there is a problem of variation in measurement wavelength due to processing accuracy for each element. There was a problem in terms of sex.

本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、良好な製造歩留まり且つ小型の光学系にて、流体物に含まれる特定成分を検出することができる分光式特定成分センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described points, and its object is to provide a spectroscopic method capable of detecting a specific component contained in a fluid with a good production yield and a small optical system. It is to provide a specific component sensor.

請求項1に記載の発明は、気体又は液体からなる流体物に含まれる特定成分を検出する分光式特定成分センサであって、ビーム光を出射する光源と、筒状に形成されその筒状内部が前記流体物の流路であり前記ビーム光が照射する検知管と、前記流路に対して前記光源の対岸側にあり前記ビーム光を反射させる光反射体と、前記流路に対して前記光源と同じ側にあり前記光反射体で反射された前記ビーム光を受光する受光器と、前記光源より前記光反射体を経由して前記受光器に至る光軸上に前記ビーム光を分光するフィルタ分光部とを備え、そのフィルタ分光部に、それぞれ異なる波長帯の光を透過させる複数の光学多層膜フィルタを光軸方向に並べて設け、前記複数の光学多層膜フィルタは、前記光軸上に挿入するか否かの位置制御を個別に行われるとともに、機械的駆動により透過波長帯が重複しないような組合せで前記光軸上に挿入して前記光ビームに対するチョッパーとなることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a spectroscopic specific component sensor for detecting a specific component contained in a fluid consisting of a gas or a liquid, the light source for emitting beam light, and a cylindrical interior formed in the cylindrical shape. Is a flow path for the fluid, and is irradiated with the beam light; a light reflector that is on the opposite side of the light source with respect to the flow path and reflects the beam light; and the flow path with respect to the flow path A light receiver that is on the same side as the light source and receives the light beam reflected by the light reflector, and splits the light beam on an optical axis from the light source to the light receiver via the light reflector. A plurality of optical multilayer filters that transmit light of different wavelength bands, arranged in the optical axis direction, and the plurality of optical multilayer filters are disposed on the optical axis. Individual position control of whether or not to insert Together takes place, characterized in that the chopper for the light beam is inserted on the optical axis in combination as the transmission wavelength band does not overlap with mechanical drive.

この構造では、複数の光学多層膜フィルタをビーム光の光軸上に挿入できるように設け、光軸上に挿入される光学多層膜フィルタの組合せにより逐次複数の分光特性を測定することができるので、これら複数の分光特性により流体物に含まれる特定成分を小型の光学系にて検出することができる。また光反射体によりビーム光の流体物内における光路長を増大させることもできる。上記より、小型の分光式特定成分センサを実現することができる。また、この構造では、光学多層膜フィルタの機械的駆動をチョッパー機能として利用することができるので、チョッパーを不要にすることができる。 In this structure, a plurality of optical multilayer filters can be inserted on the optical axis of the beam light, and a plurality of spectral characteristics can be measured sequentially by a combination of optical multilayer filters inserted on the optical axis. The specific component contained in the fluid can be detected by a small optical system based on the plurality of spectral characteristics. Moreover, the optical path length in the fluid of the beam light can be increased by the light reflector. From the above, a small spectroscopic specific component sensor can be realized. Moreover, in this structure, since the mechanical drive of the optical multilayer filter can be used as a chopper function, a chopper can be made unnecessary.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記フィルタ分光部に電磁駆動により位置が変位するアーマチュアを複数設け、前記アーマチュアはそれぞれ異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを備えることを特徴とする。この構造では、電磁駆動により位置が変位するアーマチュアのそれぞれに光学多層膜フィルタを備えるので、小型で高速制御が容易なフィルタ分光部を構成することができる。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the filter spectroscopic unit is provided with a plurality of armatures whose positions are displaced by electromagnetic drive, and the armatures each transmit light of different wavelength bands. A membrane filter is provided. In this structure, since each armature whose position is displaced by electromagnetic drive is provided with an optical multilayer filter, a small-sized filter spectroscopic unit that can be easily controlled at high speed can be configured.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記フィルタ分光部に前記光軸に略直交する回転軸を有し回転駆動する回転体を複数設け、前記回転体の回転角度により前記ビーム光の入射角度が可変し異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを前記回転体のそれぞれに備えることを特徴とする。この構造では、光学多層膜フィルタを備えた回転体の回転角度によりビーム光の入射角度が可変し光学多層膜フィルタの透過波長帯をシフトすることができるので、小型で高速制御が容易なフィルタ分光部を構成することができる。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the filter spectroscopic unit is provided with a plurality of rotating bodies having a rotation axis substantially orthogonal to the optical axis and rotationally driven. Each of the rotating bodies is provided with the optical multilayer filter that changes the incident angle of the beam light and transmits light of different wavelength bands. In this structure, the incident angle of the beam light can be changed by the rotation angle of the rotator provided with the optical multilayer filter, and the transmission wavelength band of the optical multilayer filter can be shifted. Can be configured.

請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記フィルタ分光部に前記光軸に略平行する回転軸を有し回転駆動する回転体を複数設け、前記回転体の回転方向において膜厚が変化する傾斜厚み多層膜からなり異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを前記回転体のそれぞれに備える。この構造では、回転体の回転角度により前記光軸上に挿入される光学多層膜フィルタの膜厚が可変し光学多層膜フィルタの透過波長帯をシフトすることができるので、小型で高速制御が容易なフィルタ分光部を構成することができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the filter spectroscopic unit is provided with a plurality of rotating bodies that have a rotation axis substantially parallel to the optical axis and are driven to rotate, and the rotation direction of the rotating body. Each of the rotating bodies is provided with the optical multilayer filter that is composed of an inclined thickness multilayer film whose thickness changes in FIG. In this structure, the film thickness of the optical multilayer filter inserted on the optical axis can be changed depending on the rotation angle of the rotator, and the transmission wavelength band of the optical multilayer filter can be shifted. A simple filter spectroscopic unit can be configured.

請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記フィルタ分光部に前記光軸と略直交する回転軸を有し回転駆動する機構と、回転角度検出部とを備え、前記機構上に異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを設けることを特徴とする。この構造では、ビーム光の光軸と垂直方向に回転軸を有し連続にて自転する光学多層膜フィルタを用いて、ビーム光の入射角を変化することで透過波長帯をシフトすることができるので、低コストで簡易な駆動系にて小型のフィルタ分光部を構成することができる。   The invention according to claim 5 is the invention according to claim 1, further comprising: a mechanism for rotating the filter spectroscopic unit having a rotation axis substantially orthogonal to the optical axis; and a rotation angle detection unit. The optical multilayer filter that transmits light of different wavelength bands is provided on the mechanism. In this structure, the transmission wavelength band can be shifted by changing the incident angle of the light beam using an optical multilayer filter having a rotation axis perpendicular to the optical axis of the light beam and continuously rotating. Therefore, a small filter spectroscopic unit can be configured with a simple drive system at low cost.

請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記受光器の受光素子は焦電素子であことを特徴とする。焦電素子による受光検出は微分型であるので、本来ビーム光のチョッパーが必要であるが、この構造では、光学多層膜フィルタの機械的駆動をチョッパー機能として利用することができるので、チョッパーを不要にすることができる。 The invention of claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, the light receiving element of the light receiver is characterized in that Ru Oh in the pyroelectric element. Since the light reception detection by the pyroelectric element is a differential type, a chopper of the beam light is necessary originally. However, in this structure, the mechanical drive of the optical multilayer filter can be used as a chopper function, so a chopper is unnecessary. Can be.

請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、前記光反射体が金属膜及び保護膜からなり、その光反射体を少なくとも1面以上前記検知管外面に直接形成することを特徴とする。この構造では、直接検知管外面に光反射体を形成するので、部品点数を増やすことなく小型コンパクトな光学系のまま反射光路長を増加することができ、そして測定精度を向上させることができる。また保護膜を形成することで耐腐食性を確保することができる。   The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the light reflector is composed of a metal film and a protective film, and at least one of the light reflectors is disposed on the outer surface of the detector tube. It is characterized by being formed directly. In this structure, since the light reflector is directly formed on the outer surface of the detection tube, the reflected light path length can be increased without increasing the number of components, and the measurement accuracy can be improved. Moreover, corrosion resistance can be ensured by forming a protective film.

請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記検知管断面に1つ又は複数の平面形状部を設け、前記平面形状部に前記光反射体を備えることを特徴とする。この構造では、光反射体が平面であるので、反射面においてビーム光径を変形することなく多重反射光学系を実現することができる。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein one or a plurality of planar shape portions are provided on a cross section of the detection tube, and the light reflector is provided in the planar shape portion. It is characterized by that. In this structure, since the light reflector is a flat surface, a multiple reflection optical system can be realized without changing the beam light diameter on the reflection surface.

請求項9に記載の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記検知管及び前記光反射体を曲面レンズ構造とすることを特徴とする。この構造では、検知管に入射するビーム光をレンズ効果にて拡大させ光反射体を介して出射部で集光させることで体積効果にて計測精度を向上させることができる。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the detection tube and the light reflector have a curved lens structure. In this structure, it is possible to improve the measurement accuracy by the volume effect by expanding the beam light incident on the detection tube by the lens effect and condensing it at the emission part via the light reflector.

本発明によれば、良好な製造歩留まり且つ小型の光学系にて、流体物に含まれる特定成分を検出することができる。   According to the present invention, it is possible to detect a specific component contained in a fluid with a small optical system with a good manufacturing yield.

(実施形態1)
先ず、実施形態1の基本的な構成について図1又は図2を用いて説明する。
(Embodiment 1)
First, the basic configuration of the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 or FIG.

実施形態1の分光式特定成分センサは、気体又は液体などの透光性を有する流体物の分光特性を測定してその流体物の特定成分の有無又は量を検出するものであり、図1に示すように、ハウジング1内に、光源2と、検知管3と、光反射体4と、受光器5と、フィルタ分光部6と、分光特性測定制御部7と、特定成分判定部8とを備える。   The spectroscopic specific component sensor according to the first embodiment measures the spectral characteristics of a light-transmitting fluid such as a gas or a liquid, and detects the presence or amount of the specific component of the fluid. FIG. As shown, a light source 2, a detection tube 3, a light reflector 4, a light receiver 5, a filter spectroscopic unit 6, a spectral characteristic measurement control unit 7, and a specific component determination unit 8 are included in the housing 1. Prepare.

光源2は、被検出物である流体物に照射するためのビーム光を出射する。光源2は、例えば、赤外LEDなどを用いる。光源2の波長領域は、例えば、赤外線の場合、780nm〜1mmである。   The light source 2 emits beam light for irradiating a fluid object that is an object to be detected. For example, an infrared LED is used as the light source 2. The wavelength region of the light source 2 is, for example, 780 nm to 1 mm in the case of infrared rays.

検知管3は筒状に形成される。検知管3の筒状内部は流体物の流路であり、その流体物にビーム光が照射される。   The detection tube 3 is formed in a cylindrical shape. The cylindrical inside of the detection tube 3 is a fluid flow path, and the fluid is irradiated with beam light.

光反射体4は、検知対象の流体物の流路に対して光源2の対岸側となるように、検知管3に付帯又は近傍に設けられ、照射されたビーム光を反射する。つまり、光源2から検知管3に照射されたビーム光は、検知管3内の流体物の流路を透過した後に、光反射体4で反射し、再び流体物の流路を透過する。光反射体4は、例えば、金属膜、又は、金属膜と保護膜(例えば有機膜など)との組合せからなる。金属膜は、例えば、アルミ膜、金膜などを真空蒸着するか若しくはニッケルなどを無電解メッキして形成する。   The light reflector 4 is provided on or near the detection tube 3 so as to be opposite to the light source 2 with respect to the flow path of the fluid to be detected, and reflects the irradiated beam light. That is, the beam light applied to the detection tube 3 from the light source 2 passes through the fluid flow path in the detection tube 3, is reflected by the light reflector 4, and then passes through the fluid flow path again. The light reflector 4 is made of, for example, a metal film or a combination of a metal film and a protective film (for example, an organic film). For example, the metal film is formed by vacuum deposition of an aluminum film, a gold film, or the like, or by electroless plating of nickel or the like.

受光器5は、検知対象の流体物の流路に対して光源2と同じ側にあり光反射体4で反射されたビーム光を受光する。受光器5には、受光素子として、例えばInGaAsPINフォトダイオードや微分型の検出素子の焦電素子などを用いる。   The light receiver 5 is on the same side as the light source 2 with respect to the flow path of the fluid to be detected, and receives the light beam reflected by the light reflector 4. The light receiver 5 uses, for example, an InGaAs PIN photodiode or a pyroelectric element as a differential detection element as a light receiving element.

フィルタ分光部6は、光源2より光反射体4を経由して受光器5に至る光軸上に備えられる。図1では、光源2と検知管3との間に設けられている。フィルタ分光部6の内部は、図2(a)に示すように、複数の光学多層膜フィルタ60を設け、この光学多層膜フィルタ60の組合せによりビーム光を分光する。分光した光は、最終的には受光器5(図1参照)で受光される。また、フィルタ分光部6には、例えば、複数のアーマチュア61を設ける。   The filter spectroscopic unit 6 is provided on the optical axis from the light source 2 through the light reflector 4 to the light receiver 5. In FIG. 1, it is provided between the light source 2 and the detection tube 3. As shown in FIG. 2A, a plurality of optical multilayer filters 60 are provided inside the filter spectroscopic unit 6, and beam light is dispersed by a combination of the optical multilayer filters 60. The split light is finally received by the light receiver 5 (see FIG. 1). The filter spectroscopic unit 6 is provided with a plurality of armatures 61, for example.

各光学多層膜フィルタ60は、所定のピーク波長を中心とするバンドパスフィルタであり、それぞれ異なる波長帯の光を透過させることができる。また、各光学多層膜フィルタ60は、それぞれがビーム光の光軸上に挿入するか否かの位置制御を可能とする。なお、ビーム光の光軸上に、光学多層膜フィルタ60をそれぞれの透過波長帯が重複しないような組合せで挿入した場合、ビーム光を全く透過させなくすることができるので、光学多層膜フィルタ60はビーム光に対するチョッパーとしての機能も備える。   Each optical multilayer filter 60 is a bandpass filter centered on a predetermined peak wavelength, and can transmit light of different wavelength bands. Also, each optical multilayer filter 60 can control the position of whether or not it is inserted on the optical axis of the beam light. When the optical multilayer filter 60 is inserted on the optical axis of the beam light in such a combination that the respective transmission wavelength bands do not overlap with each other, the beam light can be prevented from being transmitted at all. Also has a function as a chopper for beam light.

各アーマチュア61は、それぞれが異なるピーク波長(λ1,λ2,λ3,λ4)を有する波長帯の光を透過させる光学多層膜フィルタ60(例えば4個)を備える。また、アーマチュア61は、例えば金属膜からなり、図2(c)に示すように、近傍にマグネット62を設けて電磁駆動により位置が変位する。すなわち、アーマチュア61は、マグネット62のオン又はオフなどで、図2(a)に示すように、光軸(図2(a)において左右方向)に対して垂直である駆動方向(図2(a)において上下方向)に位置が変位する。例えば、マグネット62がオフにすると、アーマチュア61上の光学多層膜フィルタ60は、上下方向の矢印のストローク分だけ移動し、ビーム光の光軸上に挿入される。   Each armature 61 includes an optical multilayer filter 60 (for example, four) that transmits light in wavelength bands having different peak wavelengths (λ1, λ2, λ3, λ4). Further, the armature 61 is made of, for example, a metal film, and as shown in FIG. 2C, a magnet 62 is provided in the vicinity and the position is displaced by electromagnetic driving. That is, the armature 61 has a driving direction (FIG. 2 (a) perpendicular to the optical axis (left-right direction in FIG. 2 (a)) as shown in FIG. ) In the vertical direction). For example, when the magnet 62 is turned off, the optical multilayer filter 60 on the armature 61 moves by the stroke of the arrow in the vertical direction and is inserted on the optical axis of the beam light.

分光特性測定制御部7は、図1に示すように、所定の分光特性を得るために、フィルタ分光部6内の光学多層膜フィルタ60をそれぞれビーム光の光軸に挿入させるか否かを制御する。例えば、分光特性測定制御部7は、各アーマチュア61(図2(a)参照)の移動を制御して、光学多層膜フィルタ60のうちいくつかをビーム光の光軸上に挿入する。また、分光特性測定制御部7は、受光器5が測定した受光量を記憶する。   As shown in FIG. 1, the spectral characteristic measurement control unit 7 controls whether or not the optical multilayer filter 60 in the filter spectral unit 6 is inserted into the optical axis of the beam light in order to obtain predetermined spectral characteristics. To do. For example, the spectral characteristic measurement control unit 7 controls the movement of each armature 61 (see FIG. 2A) and inserts some of the optical multilayer filter 60 on the optical axis of the beam light. Further, the spectral characteristic measurement control unit 7 stores the amount of received light measured by the light receiver 5.

特定成分判定部8は、それぞれの光学多層膜フィルタ60の制御を変更して得られた複数の分光特性測定結果より流体物の特定成分の有無又は量を判定する。   The specific component determination unit 8 determines the presence / absence or amount of the specific component of the fluid from the plurality of spectral characteristic measurement results obtained by changing the control of each optical multilayer filter 60.

次に、実施形態1の動作について説明する。光源2には赤外LED、受光器5にはInGaAsPINフォトダイオードを用いる。図2に示すように、アーマチュア61上の光学多層膜フィルタとしてバンドパスフィルタ60をビーム光の光軸(矢印方向)に沿って4個配置する。バンドパスフィルタ60のピーク波長はそれぞれ、1552.5nm、1551.7nm、1550.9nm、1550.1nmである。分光特性測定制御部7からの制御によりバンドパスフィルタ60のうち1つだけをビーム光の光軸上に挿入させる。   Next, the operation of the first embodiment will be described. An infrared LED is used as the light source 2 and an InGaAs PIN photodiode is used as the light receiver 5. As shown in FIG. 2, four band-pass filters 60 are arranged as optical multilayer filters on the armature 61 along the optical axis (in the direction of the arrow) of the beam light. The peak wavelengths of the band pass filter 60 are 1552.5 nm, 1551.7 nm, 1550.9 nm, and 1550.1 nm, respectively. Only one of the bandpass filters 60 is inserted on the optical axis of the beam light under the control of the spectral characteristic measurement control unit 7.

図1に示すように、光源2から出射したビーム光はフィルタ分光部6に入射する。ビーム光は上記のように設定したバンドパスフィルタ60を透過し検知管3に入射する。ビーム光は光反射体4で反射されて検知管3を出射し、受光器5により受光し、ビーム光の波長ごとの透過率を測定する。   As shown in FIG. 1, the beam light emitted from the light source 2 enters the filter spectroscopic unit 6. The light beam passes through the bandpass filter 60 set as described above and enters the detection tube 3. The beam light is reflected by the light reflector 4, exits from the detection tube 3, is received by the light receiver 5, and the transmittance for each wavelength of the beam light is measured.

図3は、それぞれのバンドパスフィルタ60のうち1個だけ光軸上に挿入されているときのビーム光の波長に対する透過率を測定したデータである。なお、透過率0dBとはバンドパスフィルタ60がないときの透過率に相当する。それぞれのバンドパスフィルタ60の透過率には、ピーク波長を中心とする透過波長帯が存在する。   FIG. 3 shows data obtained by measuring the transmittance with respect to the wavelength of the beam light when only one of the bandpass filters 60 is inserted on the optical axis. The transmittance 0 dB corresponds to the transmittance when the bandpass filter 60 is not provided. The transmittance of each bandpass filter 60 has a transmission wavelength band centered on the peak wavelength.

被検出物の流体物を測定する場合は、分光特性測定制御部7(図1参照)により上記のような透過率の特性を持つバンドパスフィルタ60の組合せを1通り若しくは複数通り決定し、検知管3の内部に被検出物の流体物を導入し組合せごとの分光特性を測定し、特定成分判定部8(図1参照)により流体物の特定成分を判定する。   When measuring the fluid of the object to be detected, the spectral characteristic measurement control unit 7 (see FIG. 1) determines one or more combinations of the bandpass filters 60 having the transmittance characteristics as described above, and detects them. A fluid substance to be detected is introduced into the tube 3 to measure the spectral characteristics for each combination, and the specific component determination unit 8 (see FIG. 1) determines the specific component of the fluid object.

以上、実施形態1によれば、複数の光学多層膜フィルタ60をビーム光の光軸上に挿入できるように電磁駆動により位置が変位するアーマチュア61上に設け、光軸上に挿入される光学多層膜フィルタ60の組合せにより逐次複数の分光特性を測定することができるので、これら複数の分光特性により流体物に含まれる特定成分の有無又は量を、光軸と直交する面において小型になり且つ高速制御が容易なフィルタ分光部6で検出することができる。また光反射体4によりビーム光の流体物内における光路長を増大させることもできる。上記より、小型の分光式特定成分センサを実現することができる。   As described above, according to the first embodiment, the optical multilayer filter 60 is provided on the armature 61 whose position is displaced by electromagnetic driving so as to be inserted on the optical axis of the beam light, and is inserted on the optical axis. Since a plurality of spectral characteristics can be sequentially measured by the combination of the membrane filter 60, the presence or amount or the amount of a specific component contained in the fluid is reduced in size and high speed in a plane orthogonal to the optical axis. It can be detected by the filter spectroscopic unit 6 which is easy to control. The light reflector 4 can also increase the optical path length of the beam light in the fluid. From the above, a small spectroscopic specific component sensor can be realized.

(実施形態2)
実施形態2は、ハウジング1内に、光源2と、検知管3と、光反射体4と、受光器5と、フィルタ分光部6と、分光特性測定制御部7と、特定成分判定部8とを備え、フィルタ分光部6に異なる波長帯の光を透過する光学多層膜フィルタ60を複数設ける点では実施形態1と同様であるが、実施形態1にはない以下に記載の特徴部分がある。図4に示すように、フィルタ分光部6に光軸と略直交する回転軸を有し回転駆動する機構と、回転角度検出部64とを備え、機構上に異なる波長帯の光を透過する光学多層膜フィルタ60を設ける。
(Embodiment 2)
The second embodiment includes a light source 2, a detection tube 3, a light reflector 4, a light receiver 5, a filter spectroscopic unit 6, a spectral characteristic measurement control unit 7, and a specific component determination unit 8 in the housing 1. The filter spectroscopic unit 6 is similar to the first embodiment in that a plurality of optical multilayer filters 60 that transmit light in different wavelength bands are provided, but there are the following characteristic portions that are not in the first embodiment. As shown in FIG. 4, the filter spectroscopic unit 6 includes a rotation driving mechanism having a rotation axis substantially orthogonal to the optical axis, and a rotation angle detection unit 64, and transmits light of different wavelength bands on the mechanism. A multilayer filter 60 is provided.

実施形態2の回転駆動する機構は、後述するような回転角度検出機構を設けている。ビーム光の光軸に略直交する回転軸を有し、小型モータ640により回転駆動する。小型モータ640は、光学多層膜フィルタ60と同時にスリット板641も回転駆動させる。スリット板641は、例えば180度の関係で2つのスリット穴641aを有し、その近傍にはフォトカプラ642が配置されている。スリット板641が連続して回転駆動し、スリット穴641aがフォトカプラ642を通過したときに、図5に示すようなフォトカプラ信号を出力する。このフォトカプラ信号は予め設定された所定の回転角度のときに発生する。図5では、ビーム光の入射角度が0°の場合に測定するように設定している。スリット板641のスリット穴641aと光学多層膜フィルタ60との位置を調整することで、ビーム光の入射角度を変更することができる。   The rotation driving mechanism of the second embodiment is provided with a rotation angle detection mechanism as will be described later. It has a rotation axis substantially orthogonal to the optical axis of the beam light, and is driven to rotate by a small motor 640. The small motor 640 rotates the slit plate 641 simultaneously with the optical multilayer filter 60. The slit plate 641 has, for example, two slit holes 641a with a 180 degree relationship, and a photocoupler 642 is disposed in the vicinity thereof. When the slit plate 641 is continuously driven to rotate and the slit hole 641a passes through the photocoupler 642, a photocoupler signal as shown in FIG. This photocoupler signal is generated at a preset rotation angle. In FIG. 5, it is set to measure when the incident angle of the light beam is 0 °. By adjusting the positions of the slit hole 641a of the slit plate 641 and the optical multilayer filter 60, the incident angle of the beam light can be changed.

実施形態2の光学多層膜フィルタ60は、実施形態1と異なる点として、光学多層膜フィルタ60が、回転によりビーム光の入射角度が可変する膜である。入射光から斜め入射のとき光学特性が短波長側へシフトする現象を利用して任意の入射角度を設定する。光学多層膜フィルタ60の入射角度を制御すると、全くビーム光を透過することができなくなり、ビーム光に対するチョッパーとしての機能を有する。このように、ビーム光の入射角度が変わり干渉の光路差にて透過波長帯をシフトさせて透過波長微調整を行ったり、それ自体をビーム光学系から外すことができる。そして、上記のような光学多層膜フィルタ60を複数個配置することで幅広い波長域をカバーすることができる。   The optical multilayer filter 60 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the optical multilayer filter 60 is a film in which the incident angle of the beam light is variable by rotation. An arbitrary incident angle is set by utilizing the phenomenon that the optical characteristics shift to the short wavelength side when the incident light is obliquely incident. When the incident angle of the optical multilayer filter 60 is controlled, it becomes impossible to transmit the light beam at all, and it has a function as a chopper for the light beam. In this way, the incident angle of the beam light changes, and the transmission wavelength band is shifted by the optical path difference of interference to perform fine adjustment of the transmission wavelength, or it can be removed from the beam optical system itself. A wide wavelength range can be covered by arranging a plurality of the optical multilayer filter 60 as described above.

次に、実施形態2の連続自転するバンドパスフィルタ60を用いた分光計測設計の一例を示す。ビーム光の入射角度を変更すると、図6に示すように、各波長に対する透過率の特性が変化し、光学多層膜フィルタ60の透過スペクトルのバンドパス特性が低波長側へのシフトする。透過スペクトルのバンドパス特性が低波長側へのシフトする現象を示す。   Next, an example of a spectroscopic measurement design using the continuously rotating bandpass filter 60 of the second embodiment will be shown. When the incident angle of the beam light is changed, as shown in FIG. 6, the transmittance characteristics for each wavelength change, and the bandpass characteristics of the transmission spectrum of the optical multilayer filter 60 shift to the lower wavelength side. This shows a phenomenon in which the bandpass characteristic of the transmission spectrum shifts to the lower wavelength side.

被検出物の流体物を測定する場合は、図1に示す分光特性測定制御部7により上記のような透過率の特性を持つ光学多層膜フィルタ60の組合せを1通り若しくは複数通り決定し、検知管3の内部に被検出物の流体物を導入し組合せごとの分光特性を測定し、特定成分判定部8により流体物の特定成分を判定する。   When measuring the fluid of the object to be detected, the spectral characteristic measurement control unit 7 shown in FIG. 1 determines one or a plurality of combinations of the optical multilayer filter 60 having the transmittance characteristics as described above, and detects it. A fluid substance as an object to be detected is introduced into the tube 3 to measure the spectral characteristics for each combination, and a specific component determination unit 8 determines a specific component of the fluid substance.

以上、実施形態2によれば、ビーム光の光軸と略直交する回転軸にして連続自転する光学多層膜フィルタ60では回転角度によって、ビーム光の入射角度が変化し透過波長帯をシフトすることができるので、低コストで簡易な駆動系にて、光軸と直交する面において小型になり且つ高速制御が容易なフィルタ分光部6を構成することができる。   As described above, according to the second embodiment, in the optical multilayer filter 60 that continuously rotates with the rotation axis substantially orthogonal to the optical axis of the light beam, the incident angle of the light beam changes and the transmission wavelength band is shifted depending on the rotation angle. Therefore, the filter spectroscopic unit 6 that is small in size and can be easily controlled at high speed can be configured with a low-cost and simple drive system.

なお、実施形態2の変形例として、図7に示すように、フィルタ分光部6(図1参照)に、光軸と回転軸とが偏芯位置になるような回転体63を複数設け、回転体63の回転角度により前記ビーム光の入射角度が可変する光学多層膜フィルタ60を回転体63のそれぞれに備えてもよい。このような構成にすると、回転体63の回転角度によりビーム光の入射角度が可変し光学多層膜フィルタ60の透過波長帯をシフトすることができるので、光軸と直交する面において小型になり且つ高速制御が容易なフィルタ分光部6を構成することができる。   As a modification of the second embodiment, as shown in FIG. 7, the filter spectroscopic unit 6 (see FIG. 1) is provided with a plurality of rotating bodies 63 in which the optical axis and the rotation axis are in eccentric positions, Each of the rotating bodies 63 may be provided with an optical multilayer filter 60 in which the incident angle of the light beam is variable depending on the rotation angle of the body 63. With such a configuration, the incident angle of the beam light can be varied depending on the rotation angle of the rotator 63, and the transmission wavelength band of the optical multilayer filter 60 can be shifted. The filter spectroscopic unit 6 that can be easily controlled at high speed can be configured.

(実施形態3)
実施形態3は、ハウジング1内に、光源2と、検知管3と、光反射体4と、受光器5と、フィルタ分光部6と、分光特性測定制御部7と、特定成分判定部8とを備え、フィルタ分光部6に異なる波長帯の光を透過する光学多層膜フィルタ60を複数設ける点では実施形態1と同様であるが、実施形態1にはない以下に記載の特徴部分がある。図8に示すように、フィルタ分光部6(図1参照)に回転駆動する回転体63を複数設け、それぞれの回転体63に光学多層膜フィルタ60を備える。
(Embodiment 3)
The third embodiment includes a light source 2, a detection tube 3, a light reflector 4, a light receiver 5, a filter spectroscopic unit 6, a spectral characteristic measurement control unit 7, and a specific component determination unit 8 in the housing 1. The filter spectroscopic unit 6 is similar to the first embodiment in that a plurality of optical multilayer filters 60 that transmit light in different wavelength bands are provided, but there are the following characteristic portions that are not in the first embodiment. As shown in FIG. 8, the filter spectroscopic unit 6 (see FIG. 1) is provided with a plurality of rotating bodies 63 that are rotationally driven, and each rotating body 63 includes an optical multilayer filter 60.

実施形態3の回転体63は、図9に示すように、例えば、円盤状の基板からなり、後述するような回転角度検出機構を設けている。ビーム光の光軸に略平行する回転軸を有し、この回転軸は光軸からずれている。小型モータ640により回転駆動する。小型モータ640は、回転体63と同時にスリット板641も回転駆動させる。スリット板641は、例えば2つのスリット穴641aを180度の関係で設け、その近傍にはフォトカプラ642が配置されている。スリット板641が連続して回転駆動し、スリット穴641aがフォトカプラ642を通過したときに、フォトカプラ信号が発生する。このフォトカプラ信号は所定の回転角度のときに発生する。   As shown in FIG. 9, the rotating body 63 of the third embodiment is made of, for example, a disk-shaped substrate, and is provided with a rotation angle detection mechanism as described later. The rotation axis is substantially parallel to the optical axis of the beam light, and the rotation axis is deviated from the optical axis. It is rotated by a small motor 640. The small motor 640 rotates the slit plate 641 simultaneously with the rotating body 63. The slit plate 641 is provided with, for example, two slit holes 641a in a 180-degree relationship, and a photocoupler 642 is disposed in the vicinity thereof. When the slit plate 641 is continuously driven to rotate and the slit hole 641a passes through the photocoupler 642, a photocoupler signal is generated. This photocoupler signal is generated at a predetermined rotation angle.

実施形態3の光学多層膜フィルタ60は、実施形態1と異なる点として、図8に示すように、回転体63の回転方向において傾斜した膜厚分布を有するサーキュラタイプ多層膜からなり、この多層膜の厚みが可変すると透過波長帯はシフトする。上記より傾斜膜厚型の複数の光学多層膜フィルタ60では、回転体63の回転軸と光軸がずれているので、それぞれの光学多層膜フィルタ60の回転位置を独立に変化させることで、膜厚が変化して任意の波長光のみを透過させることができる。なお、光学多層膜フィルタ60を使用しないときは、回転体63を回転駆動させて回転位置を膜未形成部63aに設定すると全波長域のビーム光が透過する。   As shown in FIG. 8, the optical multilayer filter 60 according to the third embodiment includes a circular type multilayer film having a thickness distribution inclined in the rotation direction of the rotating body 63 as shown in FIG. When the thickness of the film is variable, the transmission wavelength band shifts. As described above, in the plurality of optical multilayer filters 60 of the gradient film thickness type, the rotation axis of the rotating body 63 and the optical axis are deviated, so that the rotational position of each optical multilayer filter 60 can be changed independently to change the film Only the light of an arbitrary wavelength can be transmitted by changing the thickness. When the optical multilayer filter 60 is not used, the light beam in the entire wavelength region is transmitted when the rotating body 63 is driven to rotate and the rotation position is set to the film non-forming part 63a.

また、実施形態3では、受光器5(図1参照)の受光素子(図示せず)に焦電素子を用いる。焦電素子は微分型の検出素子であるので、パルス状のビーム光を必要とする。そこで、光学多層膜フィルタ60の機械的駆動によりビーム光の透過を制御して、光学多層膜フィルタ60をビーム光のチョッパーとして用いている。   In the third embodiment, a pyroelectric element is used as a light receiving element (not shown) of the light receiver 5 (see FIG. 1). Since the pyroelectric element is a differential detection element, it requires pulsed beam light. Therefore, the optical multilayer filter 60 is used as a chopper for the beam light by controlling the transmission of the beam light by mechanical driving of the optical multilayer filter 60.

次に、実施形態3の傾斜膜厚型の光学多層膜フィルタ60を用いた分光計測設計の一例を示す。光学多層膜フィルタ60の回転位置を変えると、図10に示すように、各波長に対する透過率の特性が変化し、膜厚が厚いほど光学多層膜フィルタ60の透過波長帯は低波長側へシフトする。   Next, an example of a spectroscopic measurement design using the gradient film thickness type optical multilayer filter 60 of Embodiment 3 will be shown. When the rotational position of the optical multilayer filter 60 is changed, as shown in FIG. 10, the transmittance characteristics for each wavelength change, and the transmission wavelength band of the optical multilayer filter 60 shifts to a lower wavelength side as the film thickness increases. To do.

被検出物の流体物を測定する場合は、図1に示す分光特性測定制御部7により上記のような透過率の特性を持つ光学多層膜フィルタ60の組合せを1通り若しくは複数通り決定し、検知管3の内部に被検出物の流体物を導入し組合せごとの分光特性を測定し、特定成分判定部8により流体物の特定成分を判定する。   When measuring the fluid of the object to be detected, the spectral characteristic measurement control unit 7 shown in FIG. 1 determines one or a plurality of combinations of the optical multilayer filter 60 having the transmittance characteristics as described above, and detects it. A fluid substance as an object to be detected is introduced into the tube 3 to measure the spectral characteristics for each combination, and a specific component determination unit 8 determines a specific component of the fluid substance.

以上、実施形態3によれば、回転体63の回転位置により光学多層膜フィルタ60の透過波長帯をシフトすることができるので、光軸と直交する面において小型になり且つ高速制御が容易なフィルタ分光部6を構成することができる。   As described above, according to the third embodiment, since the transmission wavelength band of the optical multilayer filter 60 can be shifted depending on the rotational position of the rotating body 63, the filter is small in size and easy to control at high speed in the plane orthogonal to the optical axis. The spectroscopic unit 6 can be configured.

また、受光器5に焦電素子(図示せず)を用いても、光学多層膜フィルタ60の機械的駆動をチョッパー機能として利用することができるので、チョッパーを不要にすることができる。   Even if a pyroelectric element (not shown) is used for the light receiver 5, the mechanical drive of the optical multilayer filter 60 can be used as a chopper function, so that a chopper can be dispensed with.

(実施形態4)
実施形態4は、ハウジング1内に、光源2と、検知管3と、光反射体4と、受光器5と、フィルタ分光部6と、分光特性測定制御部7と、特定成分判定部8とを備え、フィルタ分光部6に異なる波長帯の光を透過する光学多層膜フィルタ60を複数設ける点では実施形態1と同様であるが、実施形態1にはない以下に記載の特徴部分がある。図11に示すように、金属膜及び保護膜からなる光反射体4を検知管3の外面に直接備え、検知管3と一体化する。例えば、検知管3のサファイアパイプ外面の一部に金膜を蒸着してさらに有機系保護膜を被うようにコートする。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment includes a light source 2, a detection tube 3, a light reflector 4, a light receiver 5, a filter spectroscopic unit 6, a spectral characteristic measurement control unit 7, and a specific component determination unit 8 in the housing 1. The filter spectroscopic unit 6 is similar to the first embodiment in that a plurality of optical multilayer filters 60 that transmit light in different wavelength bands are provided, but there are the following characteristic portions that are not in the first embodiment. As shown in FIG. 11, the light reflector 4 made of a metal film and a protective film is directly provided on the outer surface of the detection tube 3 and integrated with the detection tube 3. For example, a gold film is vapor-deposited on a part of the outer surface of the sapphire pipe of the detector tube 3 and further coated with an organic protective film.

また、メタンや一酸化炭素を含む炭化水素系など炭素成分を含有する有機ガス、水蒸気などは近赤外線あるいは中赤外線域にその分子構造に起因する波長吸収域がある特定ガスのセンサとして応用することを特徴とする。   In addition, organic gases containing carbon components such as hydrocarbons including methane and carbon monoxide, water vapor, etc. should be applied as sensors for specific gases that have a wavelength absorption range due to their molecular structure in the near infrared or mid infrared range. It is characterized by.

図12,13に、被検知物である流体物のガスとして都市ガス(主成分がメタンである。)と一酸化炭素をそれぞれ検知管3内に導入したときの光量を示す。これらの図より、それぞれの気体ごとに波長依存性が異なるので、実施形態4がガスセンサーとして機能するといえる。   12 and 13 show the amounts of light when city gas (main component is methane) and carbon monoxide are introduced into the detection tube 3 as the gas of the fluid that is the object to be detected. From these figures, it can be said that Embodiment 4 functions as a gas sensor because wavelength dependence differs for each gas.

以上、実施形態4によれば、光反射体4は直接検知管3外面に金属膜として形成されるので、部品点数を増やすことなく小型コンパクトな光学系のまま反射光路長を増加することができ、そして測定精度を向上させることができる。また、金属膜の上に有機保護膜を形成することで、耐腐食性を確保することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, since the light reflector 4 is directly formed on the outer surface of the detection tube 3 as a metal film, the reflected light path length can be increased without increasing the number of components, while maintaining a small and compact optical system. And the measurement accuracy can be improved. Moreover, corrosion resistance can be ensured by forming an organic protective film on the metal film.

さらに、炭化水素系など炭素成分を含有する有機ガス、水蒸気などのガスセンサーとしての応用が可能であり、小型コンパクトなガス検知器を実現することができる。   Furthermore, it can be applied as a gas sensor for hydrocarbon-based organic gas containing carbon components, such as water vapor, and water vapor, and a small and compact gas detector can be realized.

なお、実施形態4の変形例として、図14に示すように、金属膜からなる光反射体4を1面のみ設けてもよい。   As a modification of the fourth embodiment, as shown in FIG. 14, only one surface of the light reflector 4 made of a metal film may be provided.

実施形態4の他の変形例として、図15に示すように、複数の光反射体4を設けてもよい。このような構成では、多重反射光路となり、複数の光反射体4の部品点数を増やすことなく、さらに反射光路長を大幅に増加させることができる。   As another modification of the fourth embodiment, a plurality of light reflectors 4 may be provided as shown in FIG. In such a configuration, a multiple reflection optical path is formed, and the reflection optical path length can be further increased without increasing the number of parts of the plurality of light reflectors 4.

また、実施形態4の他の変形例として、図16に示すように、流路方向を軸として正反射面金属膜など鏡面反射する光反射体4を螺旋状に検知管3の外面に複数設けてもよい。このような構成は、流路方向に多重反射光路となるので、検知管3内の反射光路長を大幅に増大させて計測精度を向上させることができる。   As another modification of the fourth embodiment, as shown in FIG. 16, a plurality of light reflectors 4 that are specularly reflected, such as a regular reflection surface metal film, are provided on the outer surface of the detection tube 3 in a spiral manner with the flow path direction as an axis. May be. Since such a configuration forms a multiple reflection optical path in the flow path direction, the reflection optical path length in the detection tube 3 can be greatly increased to improve measurement accuracy.

さらに、実施形態4の他の変形例として、図17に示すように、検知管3の光学測定部形状を球形状として、外面の粗面化を行い、その後金属膜など乱反射する光反射体4を球面上に設けてもよい。このように乱反射することで、検知管3内の複数の多重反射光学系により光路長を増大させ計測精度を向上させることができる。   Furthermore, as another modification of the fourth embodiment, as shown in FIG. 17, the optical measuring portion of the detection tube 3 has a spherical shape, the outer surface is roughened, and then a light reflector 4 that irregularly reflects, such as a metal film. May be provided on a spherical surface. By irregularly reflecting in this way, the optical path length can be increased by a plurality of multiple reflection optical systems in the detection tube 3, and the measurement accuracy can be improved.

(実施形態5)
実施形態5は、ハウジング1内に、光源2と、検知管3と、光反射体4と、受光器5と、フィルタ分光部6と、分光特性測定制御部7と、特定成分判定部8とを備え、フィルタ分光部6に異なる波長帯の光を透過する光学多層膜フィルタ60を複数設ける点では実施形態1と同様であるが、実施形態1にはない以下に記載の特徴部分がある。図18に示すように、検知管3断面に平面形状部30を2つ設け、それぞれの平面形状部30は内側の平面部に光反射体4を備える。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, the light source 2, the detection tube 3, the light reflector 4, the light receiver 5, the filter spectroscopic unit 6, the spectral characteristic measurement control unit 7, and the specific component determination unit 8 are provided in the housing 1. The filter spectroscopic unit 6 is similar to the first embodiment in that a plurality of optical multilayer filters 60 that transmit light in different wavelength bands are provided, but there are the following characteristic portions that are not in the first embodiment. As shown in FIG. 18, two planar portions 30 are provided on the cross section of the detection tube 3, and each planar portion 30 includes the light reflector 4 on the inner planar portion.

検知管3内のビーム光の光路は、矢印のように、それぞれの平面形状部30の光反射体4により順に反射される。また、ビーム光は平面部で反射されるのでビーム光径が変形することがない。   The optical path of the beam light in the detection tube 3 is sequentially reflected by the light reflectors 4 of the respective planar shapes 30 as indicated by arrows. Further, since the beam light is reflected by the flat portion, the beam light diameter is not deformed.

以上、実施形態5によれば、光反射体4が平面であるので、反射面においてビーム光径を変形することなく多重反射光学系を実現し、光路長を増加させて測定精度を向上させることができる。   As described above, according to the fifth embodiment, since the light reflector 4 is a plane, a multiple reflection optical system is realized without changing the beam light diameter on the reflection surface, and the measurement accuracy is improved by increasing the optical path length. Can do.

なお、実施形態5の変形例として、平面形状部30を3つ以上設けてもよい。このような構成では、さらに光路長を増加させることができ測定精度を向上させることができる。   As a modification of the fifth embodiment, three or more planar shape portions 30 may be provided. In such a configuration, the optical path length can be further increased and the measurement accuracy can be improved.

また、実施形態5の他の変形例として、平面形状部30を1つのみ設けてもよい。このような構成でも、ビーム光径の変形を防ぐことができる。   Further, as another modification of the fifth embodiment, only one planar portion 30 may be provided. Even with such a configuration, deformation of the beam light diameter can be prevented.

(実施形態6)
実施形態6は、ハウジング1内に、光源2と、検知管3と、光反射体4と、受光器5と、フィルタ分光部6と、分光特性測定制御部7と、特定成分判定部8とを備え、フィルタ分光部6に異なる波長帯の光を透過する光学多層膜フィルタ60を複数設ける点では実施形態1と同様であるが、実施形態1にはない以下に記載の特徴部分がある。図19に示すように、検知部3のビーム光が入射部に入射部レンズ31aを、出射部に出射部レンズ31bを設け、検知管3及び光反射体4を曲面レンズ構造とする。
(Embodiment 6)
Embodiment 6 includes a light source 2, a detection tube 3, a light reflector 4, a light receiver 5, a filter spectroscopic unit 6, a spectral characteristic measurement control unit 7, and a specific component determination unit 8 in the housing 1. The filter spectroscopic unit 6 is similar to the first embodiment in that a plurality of optical multilayer filters 60 that transmit light in different wavelength bands are provided, but there are the following characteristic portions that are not in the first embodiment. As shown in FIG. 19, the light beam of the detection unit 3 is provided with an entrance lens 31a at the entrance, and an exit lens 31b at the exit, and the detection tube 3 and the light reflector 4 have a curved lens structure.

光源2からのビーム光は、先ず入射部レンズ31aによりビーム径が拡大する。次に、ビーム径が拡大したビーム光は検知管3内を透過し光反射体4で反射する。そして、光反射体4からの反射光は出射部レンズ31bに集光、コリメートされ平行光となる。   The beam diameter of the light beam from the light source 2 is first enlarged by the entrance lens 31a. Next, the beam light whose beam diameter is enlarged is transmitted through the detection tube 3 and reflected by the light reflector 4. Then, the reflected light from the light reflector 4 is condensed and collimated to the emitting lens 31b to become parallel light.

以上、実施形態6によれば、検知管3に入射するビーム光をレンズ効果にて拡大させ光反射体4を介して出射部で集光させることで体積効果にて計測精度を向上させることができる。   As described above, according to the sixth embodiment, it is possible to improve the measurement accuracy by the volume effect by expanding the beam light incident on the detection tube 3 by the lens effect and condensing the light beam at the emission part via the light reflector 4. it can.

本発明による実施形態1の分光式特定成分センサの構成図である。It is a block diagram of the spectroscopic specific component sensor of Embodiment 1 by this invention. 同上の光学多層膜フィルタの構成図であって、(a)は側面図、(b)は上面図、(c)は(b)のA’〜Aの断面図である。It is a block diagram of an optical multilayer film filter same as the above, (a) is a side view, (b) is a top view, (c) is sectional drawing of A'-A of (b). 同上の各バンドパスフィルタの透過率を示す図である。It is a figure which shows the transmittance | permeability of each bandpass filter same as the above. 本発明による実施形態2の分光式特定成分センサにおける光学多層膜フィルタの構成図であって、(a)は上面図、(b)は断面図、(c)はスリット板を示す図ある。It is a block diagram of the optical multilayer filter in the spectroscopic specific component sensor of Embodiment 2 by this invention, Comprising: (a) is a top view, (b) is sectional drawing, (c) is a figure which shows a slit board. 同上の測定タイミングを示す図である。It is a figure which shows the measurement timing same as the above. 同上のレーザ光の入射角度に対する透過率を示す図である。It is a figure which shows the transmittance | permeability with respect to the incident angle of the laser beam same as the above. 同上の光学多層膜フィルタの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of an optical multilayer film filter same as the above. 本発明による実施形態3の分光式特定成分センサにおける光学多層膜フィルタの構成図である。It is a block diagram of the optical multilayer filter in the spectroscopic specific component sensor of Embodiment 3 by this invention. 同上の光学多層膜フィルタの側面図である。It is a side view of an optical multilayer filter same as the above. 同上の光学多層膜フィルタの回転角度に対する透過率を示す図である。It is a figure which shows the transmittance | permeability with respect to the rotation angle of an optical multilayer filter same as the above. 本発明による実施形態4の分光式特定成分センサにおける光反射体の設置図である。It is the installation figure of the light reflector in the spectroscopic specific component sensor of Embodiment 4 by this invention. 同上を用いて都市ガス(メタン)を測定したときの結果を示す図である。It is a figure which shows a result when measuring city gas (methane) using the same as the above. 同上を用いて一酸化炭素ガスを測定したときの結果を示す図である。It is a figure which shows a result when carbon monoxide gas is measured using the same as the above. 同上の光反射体の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a light reflector same as the above. 同上の複数の光反射体を示す図である。It is a figure which shows several light reflectors same as the above. 同上の螺旋状に設けられる光反射体を示す図である。It is a figure which shows the light reflector provided in the spiral form same as the above. 同上の乱反射する光反射体の設置図である。It is an installation figure of the light reflector which carries out the irregular reflection same as the above. 本発明による実施形態5の分光式特定成分センサにおける光反射体の設置図である。It is the installation figure of the light reflector in the spectroscopic specific component sensor of Embodiment 5 by this invention. 本発明による実施形態6の分光式特定成分センサにおける光反射体の設置図である。It is the installation figure of the light reflector in the spectroscopic specific component sensor of Embodiment 6 by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ハウジング
2 光源
3 検知管
4 光反射体
5 受光器
6 フィルタ分光部
60 光学多層膜フィルタ
7 分光特性測定制御部
8 特定成分判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Light source 3 Detector tube 4 Light reflector 5 Light receiver 6 Filter spectroscopy part 60 Optical multilayer filter 7 Spectral characteristic measurement control part 8 Specific component determination part

Claims (9)

気体又は液体からなる流体物に含まれる特定成分を検出する分光式特定成分センサであって、
ビーム光を出射する光源と、
筒状に形成されその筒状内部が前記流体物の流路であり前記ビーム光が照射する検知管と、
前記流路に対して前記光源の対岸側にあり前記ビーム光を反射させる光反射体と、
前記流路に対して前記光源と同じ側にあり前記光反射体で反射された前記ビーム光を受光する受光器と、
前記光源より前記光反射体を経由して前記受光器に至る光軸上に前記ビーム光を分光するフィルタ分光部とを備え、
そのフィルタ分光部に、それぞれ異なる波長帯の光を透過させる複数の光学多層膜フィルタを光軸方向に並べて設け、
前記複数の光学多層膜フィルタは、前記光軸上に挿入するか否かの位置制御を個別に行われるとともに、機械的駆動により透過波長帯が重複しないような組合せで前記光軸上に挿入して前記光ビームに対するチョッパーとなる
ことを特徴とする分光式特定成分センサ。
A spectroscopic specific component sensor for detecting a specific component contained in a fluid consisting of gas or liquid,
A light source that emits beam light;
A detection tube which is formed in a cylindrical shape and the inside of the cylindrical shape is a flow path of the fluid and is irradiated with the beam light;
A light reflector that reflects the beam light on the opposite side of the light source with respect to the flow path;
A light receiver that is on the same side as the light source with respect to the flow path and receives the beam light reflected by the light reflector;
A filter spectroscopic unit that splits the beam light on an optical axis from the light source via the light reflector to the light receiver,
In the filter spectroscopic unit, a plurality of optical multilayer filters that transmit light of different wavelength bands are arranged in the optical axis direction,
The plurality of optical multilayer filters are individually controlled in position whether or not to be inserted on the optical axis, and are inserted on the optical axis in such a combination that transmission wavelength bands do not overlap by mechanical drive. A spectroscopic specific component sensor, which serves as a chopper for the light beam .
前記フィルタ分光部に電磁駆動により位置が変位するアーマチュアを複数設け、
前記アーマチュアはそれぞれ異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを備える
ことを特徴とする請求項1記載の分光式特定成分センサ。
A plurality of armatures whose positions are displaced by electromagnetic drive in the filter spectroscopic unit,
The spectroscopic specific component sensor according to claim 1, wherein each of the armatures includes the optical multilayer filter that transmits light of different wavelength bands.
前記フィルタ分光部に前記光軸に略直交する回転軸を有し回転駆動する回転体を複数設け、
前記回転体の回転角度により前記ビーム光の入射角度が可変し異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを前記回転体のそれぞれに備える
ことを特徴とする請求項1記載の分光式特定成分センサ。
The filter spectroscopic unit is provided with a plurality of rotating bodies that have a rotation axis substantially orthogonal to the optical axis and that are driven to rotate,
2. The spectroscopic specification according to claim 1, wherein each of the rotating bodies includes the optical multilayer film filter that transmits light of different wavelength bands by changing an incident angle of the light beam according to a rotation angle of the rotating body. Component sensor.
前記フィルタ分光部に前記光軸に略平行する回転軸を有し回転駆動する回転体を複数設け、
前記回転体の回転方向において膜厚が変化する傾斜厚み多層膜からなり異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを前記回転体のそれぞれに備える
ことを特徴とする請求項1記載の分光式特定成分センサ。
The filter spectroscopic unit is provided with a plurality of rotating bodies that have a rotation axis substantially parallel to the optical axis and are driven to rotate.
2. The spectroscopic structure according to claim 1, wherein each of the rotating bodies includes the optical multilayer filter that is formed of an inclined thickness multilayer film whose film thickness changes in the rotation direction of the rotating body and transmits light of different wavelength bands. Formula specific component sensor.
前記フィルタ分光部に前記光軸と略直交する回転軸を有し回転駆動する機構と、
回転角度検出部とを備え、
前記機構上に異なる波長帯の光を透過する前記光学多層膜フィルタを設ける
ことを特徴とする請求項1記載の分光式特定成分センサ。
A mechanism having a rotation axis substantially orthogonal to the optical axis in the filter spectroscopic unit, and a rotational drive mechanism;
A rotation angle detector,
The spectroscopic specific component sensor according to claim 1, wherein the optical multilayer filter that transmits light of different wavelength bands is provided on the mechanism.
前記受光器の受光素子は焦電素子であことを特徴とする請求項1〜5のいずれか記載の分光式特定成分センサ。 Spectroscopic particular component sensor according to any one of claims 1 to 5 the light-receiving element of the light receiver, characterized in that Ru Oh in the pyroelectric element. 前記光反射体が金属膜及び保護膜からなり、その光反射体を少なくとも1面以上前記検知管外面に直接形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか記載の分光式特定成分センサ。   7. The spectroscopic specific component sensor according to claim 1, wherein the light reflector is made of a metal film and a protective film, and at least one light reflector is directly formed on the outer surface of the detection tube. . 前記検知管断面に1つ又は複数の平面形状部を設け、
前記平面形状部に前記光反射体を備える
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の分光式特定成分センサ。
One or a plurality of planar shape portions are provided on the cross section of the detection tube,
The spectroscopic specific component sensor according to claim 1, wherein the planar shape portion includes the light reflector.
前記検知管及び前記光反射体を曲面レンズ構造とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の分光式特定成分センサ。   The spectroscopic specific component sensor according to claim 1, wherein the detection tube and the light reflector have a curved lens structure.
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