JP4259987B2 - 光源とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、距離を隔てて配置された１対の電極間で放電（典型的には気体放電）を起こすことによって発光する光源に関する。

１対の電極間で放電して発光する光源が開発されており、例えば特許文献１には、ホローカソードランプの一例が開示されている。
特開２０００−２４３３５４号公報

本発明者らは、例えば直径が１ｍｍ程度の大きさであり、発光性能に優れた光源を得るための研究を重ねてきた。光源を小型化できると、例えば、常圧の気体に放電できるようになり、電極間に充填する気体を大気から遮断しておく必要がなくなる。この場合、常圧の気体を電極間に送込めばよくなる。
従来からあるホローカソードランプを小型化することも試みられたが、従来の構造を維持したまま小型化すると発光性能が低下してしまい、所望の発光強度が得られる小型光源を実現することができなかった。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、発光性能のよい小型光源を実現することができる技術を提供する。

創作された光源は、ロッド状電極ユニットとスペーサ部材と管状電極を備えている。
ロッド状電極ユニットは、円柱状電極とその円柱状電極の側面に固定された位置決部材を有し、円柱状電極の長さ方向に対して直交する前側端面を有し、円柱状電極の前側端面と位置決部材の前側端面は同一平面上に位置している。
スペーサ部材は絶縁性であり、ロッド状電極ユニットの前側端面に当接する後側端面と、管状電極の後側端面に当接する前側端面を有し、円柱状電極と管状電極間に放電路を確保する形状に形成されている。
管状電極は、スペーサ部材の前側端面に当接する後側端面と、その後側端面に開口する貫通孔を有している。
ロッド状電極ユニットの円柱状電極と管状電極の貫通孔はほぼ同軸に配置されている。

上記した光源において、円柱状電極の側面に固定された位置決部材は、円柱状電極の側面の全てを被覆している必要はない。円柱状電極の前側端面と同一平面上に位置している前側端面を提供するものであれば、円柱状電極の側面の一部を被覆しているものであってもよい。
上記の光源は、管状電極と円柱状電極を主体に構成されている。円柱状電極は必要に応じて径を細くすることができる。管状電極は必要に応じて貫通孔の径を細くすることができ、それに追従して外径も細くすることができる。光源の径を細くしやすい。
この光源は、ロッド状電極ユニットと管状電極の間に配置されたスペーサ部材によって円柱状電極と管状電極間の距離を確保する。円柱状電極とその側面に固定された位置決部材の前側端面を同一平面上に調整しておくと、スペーサ部材の厚みによって円柱状電極と管状電極間の距離を決めることができる。光源の径を細くしても、円柱状電極と管状電極間の距離を所望の距離に調整しやすい。
この光源の発光位置は、管状電極の貫通孔内となる。管状電極の貫通孔は小径化しやすく、小さな発光点から発光する光源に調整しやすい。
本光源は、円柱状電極と管状電極間の距離を所望の値に調整しやすく性能の安定した光源を量産しやすい。また部材構成が単純であり、組立てると所望の寸法が得られる構造を採用しており、小型化しやすい。さらには小型化することによって発光範囲が絞られ、点光源が得やすい。
発光領域となる管状電極の貫通孔を小径にできると、例えば、管状電極の貫通孔に存在するガス圧が常圧以上であっても放電させることができるようになる。この場合、放電ガスを大気から遮断しておかなくてもよくなる。

本発明で創作された一つの好ましい光源は、ハウジングとロッド状電極ユニットとスペーサ部材と管状電極と密封板を備えている。
ハウジングは管状である。
ロッド状電極ユニットは、ハウジングに隙間なく挿入されている絶縁性チューブとその絶縁性チューブを貫通している円柱状電極を有し、円柱状電極の長さ方向に対して直交する前側端面を有し、円柱状電極の前側端面と絶縁性チューブの前側端面は同一平面上に位置している。
スペーサ部材は絶縁性であり、ハウジングに挿入されており、ロッド状電極ユニットの前側端面に当接する後側端面と、管状電極の後側端面に当接する前側端面と、中央開口を有している。
管状電極は、ハウジングに挿入されており、スペーサ部材の前側端面に当接する後側端面と、その後側端面に開口する貫通孔を有している。
密封板は、発光スペクトルに対して透明であり、管状電極の前側においてハウジングに隙間なく挿入されて固定されている。
ハウジングによって、ロッド状電極ユニットの円柱状電極と、スペーサ部材の中央開口と、管状電極の貫通孔がほぼ同軸に配置されている。
スペーサ部材の中央開口の径は、ロッド状電極ユニットの円柱状電極の径よりも大きく、管状電極の貫通孔の径よりも大きい。
ハウジングの内部で、ロッド状電極ユニットよりも前側で密封板よりも後側の空間に、放電ガスが充填されている。

上記の光源は、管状電極と円柱状電極を主体に構成されている。円柱状電極は必要に応じて径を細くすることができる。管状電極は必要に応じて貫通孔の径を細くすることができ、それに追従して外径も細くすることができ、ハウジングの外径も細くすることができる。光源の径を細くしやすい。
この光源は、ハウジングに挿入することによって、ロッド状電極ユニットの円柱状電極と、スペーサ部材の中央開口と、管状電極の貫通孔がほぼ同軸に配置される。ロッド状電極ユニットと管状電極の間に配置されたスペーサ部材によって円柱状電極と管状電極間の距離を確保する。円柱状電極と絶縁性チューブの前側端面を同一平面上に調整しておくと、スペーサ部材の厚みによって円柱状電極と管状電極間の距離を決めることができる。ロッド状電極ユニットの前側端面をスペーサ部材の後側端面に当接させ、スペーサ部材の前側端面を管状電極の後側端面に当接させると、円柱状電極と管状電極間の距離を所望の距離に調整することができる。光源の径を細くしても、円柱状電極と管状電極間の距離を所望の距離に調整しやすい。
スペーサ部材の中央開口の径は、ロッド状電極ユニットの円柱状電極の径よりも大きく、管状電極の貫通孔の径よりも大きい。従って、スペーサ部材は、円柱状電極と管状電極間の放電を損ねない。
本発明は、小型で高発光効率の光源を能率よく生産することを可能とする。
発光領域となる管状電極の貫通孔を小径にできると、例えば、管状電極の貫通孔に存在するガス圧が常圧以上であっても放電させることができるようになる。この場合、放電ガスを大気から遮断しておかなくてもよくなる。

上記した光源の一つの形式では、円柱状電極の前側から管状電極の貫通孔を含む空間に、１０^−２〜１０ａｔｍの放電ガスが充填されている。
この形式によると、放電ガスに由来する発光スペクトルを得ることができる。
なお、「放電ガスが充填されている」とは、放電ガスが光源内に封止されていることに限られない。光源外から光源内に放電ガスを送込みながら放電させる構成でも、「放電ガスが充填されている」ということができる。

上記した光源は、管状電極の貫通孔を小径化できるために、放電ガスが比較的高い圧力（例えば常圧以上）であっても放電するようになる。
特に、管状電極の貫通孔の直径を０．３ｍｍ以下にすると、常圧以上の放電ガスを利用して放電を維持することができるようになる。なお、管状電極の貫通孔の直径が０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。

円柱状電極の前側から管状電極の貫通孔を含む空間に、光源の外部に存在するガスを供給する供給路と、ガスを排出する排出路が連通していることが好ましい。
このようにすると、光源を効率よく冷却することができる。また必要に応じて、放電ガス種を簡単に交換することができる。
また、この光源は、発光したスペクトルを分光することによって、ガス供給路から供給したガスに含まれているガス種を決定するように利用することもできる。
本発明者らは、次の実験を行なった。
（１）円柱状電極の前側から管状電極の貫通孔を含む空間に、種類Ａのガスを低いガス圧（αａｔｍ）で充填した。この場合、比較的容易に得ることができる大きさの電圧を印加しても放電せず、ガス種Ａの発光スペクトルを得ることができなかった。
（２）次に、分圧（αａｔｍ）のガス種Ａと、分圧（βａｔｍ）のガス種Ｂからなる混合ガス（α＋β＝約１ａｔｍ）を、円柱状電極の前側から管状電極の貫通孔を含む空間に充填して電極に通電した。この場合は、放電してガス種Ａの発光スペクトル（波長λ）を得ることができた。
光源を小型化して常圧近傍で放電できるようにすると、常圧で採取されたガスを光源に供給して発光させることができ、採取されたガスに含まれる微量ガスのスペクトルを得ることができる。これから微量ガスの存在の有無を検知できるようになり、さらに微量ガスの量がわかるようになる。

本発明は、光源の新しい製造方法をも提供する。この製造方法では、管状のハウジングを用意する工程と、絶縁性のチューブを円柱状電極が貫通しているロッド状電極ユニットを用意する工程と、円柱状電極の前側端面と絶縁性チューブの前側端面を円柱状電極の長さ方向に対して直交する同一平面に調整する工程と、絶縁性であり中央開口を有するスペーサ部材を用意する工程と、貫通孔を有している管状電極を用意する工程とを有する。さらに、ハウジングにロッド状電極ユニットを隙間なく挿入する工程と、ハウジングにスペーサ部材を挿入する工程と、ハウジングに管状電極を挿入する工程と、ハウジングに挿入されることでほぼ同軸に配置されたロッド状電極ユニットとスペーサ部材と管状電極を、ロッド状電極ユニットの前側端面をスペーサ部材の後側端面に当接させ、スペーサ部材の前側端面を管状電極の後側端面に当接させる工程とを有する。
この方法を用いると、円柱状電極と管状電極間のギャップコントロールを容易に行なうことができ、高い発光性能を確保できる。この方法を用いると、優れた発光性能をもつ微小光源を容易に製造することができる。

ここでは、下記の実施例に記載されている技術の主要な特徴をまとめておく。
（形態１） 管状ハウジングは導電性であり、マイナス極に接続される。管状ハウジングに挿入されて管状ハウジングに接続されている管状電極はカソード電極となる。円柱状電極はプラス極に接続されて、アノード電極となる。円柱状電極は、絶縁チューブ（位置決部材）によって管状ハウジングから絶縁されている。
（形態２）円柱状電極と絶縁チューブは気体が通過しないように密着しており、絶縁チューブと管状ハウジングは気体が通過しないように密着している。
（形態３）密封板と管状ハウジングは気体が通過しないように密着している。密封板には集光レンズが一体に成形されている。
（形態４）管状ハウジング内に約１ａｔｍのアルゴンガスが封入されている。この状態でガス放電させると、アルゴンガスの発光スペクトルを得ることができる。
（形態５）管状ハウジング内に約０．１ａｔｍのアルゴンガスが封入されている。この状態で放電させると、管状電極がガス化し、管状電極を構成する物質のガスの発光スペクトルを得ることができる。
（形態６）電極を構成する物質のガスの発光スペクトルを得る場合、封入されるガス圧は０〜０．５ａｔｍの範囲に設定することが好ましい。０〜０．３ａｔｍの範囲に設定するとより好ましい。
（形態７）管状ハウジングの側面に、ガス供給孔とガス排出孔が設けられる。ガス供給孔は、管状電極の前側ないし後側の一方に連通し、ガス排出孔は、管状電極の前側ないし後側の他方に連通している。
（形態８）ガス供給孔から供給するガス種を変更することができる。これにより、種々のガスの発光スペクトルを得ることができる。
（形態９）光源に向い合って分光器が配置されていり、分光結果から放電ガス種が判明する。ガス種を知りたいガスをガス供給孔から供給して発光し、それを分光し、分光結果からガス種を特定することもできる。

（第１実施例） 図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１に、微小光源１０の分解斜視図が示されている。図２に、微小光源１０の要部断面図が示されている。
微小光源１０は、密封板１２とカソードチップ（管状電極）１４とスペーサ部材１６と管状ハウジング１８と絶縁性チューブ２０と円柱状電極２２を備えている。
密封板１２は、光を透過できるものであり、円板形状を有しており、集光レンズが一体に形成されている。密封板１２の直径ｄ２は約０．６ｍｍである。
カソードチップ１４はリング形状を有している。中央を直線的に伸びる貫通孔１４ａが設けられている。カソードチップ１４の外径は、密封板１２の直径ｄ２と同じである。カソードチップ１４の内径ｄ３は、約０．１ｍｍである。カソードチップ１４の厚みｄ５は約１ｍｍである。本実施例のカソードチップ１４は銅である。
スペーサ部材１６は、絶縁物質で形成されているとともに、リング形状を有している。スペーサ部材１６の外径は、密封板１２の直径ｄ２と同じである（即ち、カソードチップ１４の外径と同じである）。スペーサ部材１６の内径は、カソードチップ１４の内径ｄ３よりも若干大きい。スペーサ部材１６の厚みｄ６は約０．２ｍｍである。
管状ハウジング１８は、導電性物質で形成されている。図２に示されるように、この管状ハウジング１８の内面に、密封板１２、カソードチップ１４、スペーサ部材１６、及び絶縁性チューブ２０が嵌合している。管状ハウジング１８の外径ｄ１は約１ｍｍである。
絶縁性チューブ２０は、絶縁性物質で形成されているとともに、筒形状を有している。絶縁性チューブ２０の外径は、密封板１２の外径ｄ２と同じである。
円柱状電極２２はワイヤ形状を有している。円柱状電極２２は、図２によく示されるように、絶縁性チューブ２０の内面に嵌合している。本実施例の円柱状電極２２は銅である。なお、絶縁性チューブ２０と円柱状電極２２が嵌合したものをロッド状電極ユニット２４と呼ぶことにする。

ここでは、図２を参照して、微小光源１０の構造をもう少し詳しく説明しておく。
微小光源１０では、密封板１２とカソードチップ１４が距離を隔てて配置されている。
後で詳しく説明するが、絶縁性チューブ２０の上面２０ａと円柱状電極２２の上面２２ａは平面研削されている。即ち、絶縁性チューブ２０の上面２０ａと円柱状電極２２の上面２２ａは同一面を構成する。絶縁性チューブ２０の上面２０ａと円柱状電極２２の上面２２ａとによってロッド状電極ユニット２４の前側の端面が形成され、それは円柱状電極２２の長さ方向に対して直交する面内に形成されている。
カソードチップ１４と絶縁性チューブ２０の間には、スペーサ部材１６が配置されている。スペーサ部材２２の厚みｄ６によって、カソードチップ１４と円柱状電極２２の間の距離が正確に調整されている。
微小光源１０の内部空間３０にはガスが封じられている。本実施例で用いられているガスはアルゴンである。本実施例のガス圧は１ａｔｍである。カソードチップ１４の貫通孔１４ａの径ｄ３を０．３ｍｍ以下にすると、１ａｔｍでも放電させることができる。本実施例のようにｄ３を０．１ｍｍ以下にすることがより好ましい。径ｄ３を小径化すると、ガス圧が高くても放電が持続する現象が得られる。
図示省略しているが、管状ハウジング１８はアースと接続されている。これも図示省略しているが、円柱状電極２２の下端はプラス電源と接続されている。これにより、カソードチップ１４がカソードとなり、円柱状電極２２がアノードとなる。

円柱状電極２２に電圧を供給すると、カソードチップ１４と円柱状電極２２の間でガス放電がおこる。このとき、内部空間３０に存在するアルゴンガスは励起され、励起されてからエネルギー準位が下がるときの放出エネルギーに由来する発光が得られる。本実施例では、アルゴンガスに由来する可視発光を得ることができる。
微小光源１０の内部空間３０における発光は密封板１２を介して視認することができる。密封板１２にはレンズが形成されているために、発散しないで密度の大きい光線が作り出される。

ここでは、図１を主に用いて、上記した構造を有する微小光源１０の製造方法について説明する。
（１）まず、密封板１２と、銅製であってリング状のチップ１４と、絶縁性のリング状の部材１６と、導電性の管状ハウジング１８と、絶縁性のチューブ２０と、銅製のワイヤ２２を用意する。これらの各部材は、径や厚みを上述したｄ１〜ｄ６（図２参照）に調整しておく。
（２）続いて、絶縁性チューブ２０の貫通孔２０ｂに、円柱状電極２２を挿通する。これにより、絶縁性チューブ２０に円柱状電極２２が嵌合されることになる。円柱状電極２２の側面が絶縁性チューブ２０で被覆される。
（３）絶縁性チューブ２０の上面２０ａと円柱状電極２２の上面２２ａが同一平面に存在するように、絶縁性チューブ２０及び円柱状電極２２を平面研削する。即ち、ロッド状電極ユニット２４に、円柱状電極２２の伸びる方向に直交する端面を成形する。
（４）管状ハウジング１８にロッド状電極ユニット２４を挿通する。これにより、管状ハウジング１８の内周面にロッド状電極ユニット２４が嵌合することになる。このとき、ロッド状電極ユニット２４は、平面研削された端面の側から管状ハウジング１８に挿通される。
（５）管状ハウジング１８の、ロッド状電極ユニット２４が挿通された端部１８ｂの反対側の端部１８ａから、絶縁性スペーサ部材１６を挿通する。このとき、絶縁性チューブ２０の上面２０ａに接触するまで絶縁性スペーサ部材１６を押し込む。この工程により、管状ハウジング１８の内周面に絶縁性スペーサ部材１６が嵌合する。
（６）管状ハウジング１８の端部１８ａからカソードチップ１４を挿通する。このとき、絶縁性スペーサ部材１６に接触するまでカソードチップ１４を押し込む。この工程により、管状ハウジング１８の内周面にカソードチップ１４が嵌合する。このとき、カソードチップ１４と絶縁性スペーサ部材１６との間の距離（即ちカソードチップ１４と円柱状電極２２の上面２２ａとの間の距離）は、絶縁性スペーサ部材１６の厚みｄ６に等しい。また、カソードチップ１４の貫通孔１４ａと円柱状電極２２は同軸に存在している。
（７）１ａｔｍのアルゴンが存在する空間内で、管状ハウジング１８の端部１８ａに密封板１２を嵌め込む。これにより、内部空間３０（図２参照）にアルゴンを封じることができる。

上記したように、微小光源１０は、全体の直径が約１ｍｍと非常に小さいものである。本実施例の製造方法によると、微小な光源を簡単に製造することができる。
また、カソードとアノードの間のギャップコントロールを容易に行なうことができる。しかも、カソード１４をリング状とし、その貫通孔１４ａにワイヤ状のアノード２２を臨ませるようにしたために、貫通孔１４ａの部分において強い発光を得ることができる。この微小光源１０は、微小でありながら発光性能が非常によい。

（第２実施例）
ここでは、第１実施例と異なる点を説明する。第１実施例では微小光源１０の内部空間３０に１ａｔｍのアルゴンガスを封じているが、本実施例では内部空間３０に０．１ａｔｍのアルゴンガスを封じる。封入ガスの圧力が小さい状態で両電極１４，２２の間をガス放電すると、両電極１４，２２を構成する銅が徐々に蒸発していく。これにより、内部空間３０内に気化した銅が満たされる。特に、表面積が大きいカソードチップ１４がよく蒸発する。カソードチップ１４がリング状であるために、カソードチップ１４の貫通孔１４ａにおいては銅ガスの密度が特に大きくなる。ガス放電を続けると銅ガスのエネルギー準位が変化し、エネルギー準位が下がるときに発光する。本実施例の場合、銅ガスに由来する発光スペクトルを得ることができる。
内部空間３０内に１ａｔｍの銅ガスを予め封じておいて放電させると、銅の発光スペクトルを得ることができるが、低温で蒸発しづらい銅ガスをつくって内部空間３０内に封じるのは容易なことではない。本実施例によると、銅の発光スペクトルを容易に得ることができる。

図３（ａ）〜（ｃ）に、本実施例における微小光源１０を用いて電源電圧依存性に関する実験を行なったときの結果を示している。このときのガス圧は２０５．２Ｔｏｒｒである。図４（ａ）〜（ｃ）に、本実施例における微小光源１０を用いて圧力依存性に関する実験を行なったときの結果を示している。このときの電源電圧は６００Ｖである。図４（ａ）によると、アルゴンガスの圧力が小さくなるにつれて、銅に特有の波長の強度が大きくなることがわかる。

この実施例によると、低温（例えば常温）で気化しづらい銅のスペクトルを得ることができる。特に、カソードチップ１４をリング形状としたことから、貫通孔１４ａの部分における銅の密度が非常に大きくなり、その孔１４ａの部分では強く発光することになる。本実施例の微小光源１０によると、低温で気化しづらい物質（本実施例では銅）の強いスペクトルを得ることができる。

（第３実施例）
ここでは、第１実施例と異なる点を説明する。第１実施例では微小光源１０の内部空間３０に１ａｔｍのアルゴンガスを封じているが、本実施例では内部空間３０に全体として１ａｔｍの混合ガスを封じる。この混合ガスは、αａｔｍのアルゴンガス（主ガス）とβａｔｍの水素ガス（微量ガス）で構成されている。本実施例では、β／（α＋β）が１／１０以下に設定されている。
両電極１４，２２の間をガス放電すると、アルゴンガスに由来するスペクトルと水素ガスに由来するスペクトルを得ることができる。本実施例の場合、アルゴンガスと水素ガスの双方に由来するスペクトルを得ることができる。

上記したβａｔｍ（βは０．１以下）の水素ガスのみを内部空間３０に封入して２００Ｖで通電しても放電しない。即ち、水素ガスの発光スペクトルを得ることができない。本発明者らは、本実施例のように、βａｔｍの水素ガスとαａｔｍのアルゴンガスとからなる混合ガスを封入して電極に通電すると放電させることができ、水素ガスに由来する発光スペクトルを得ることができることを見出した。即ち、微量のガスの発光スペクトルを得ることができることを見出した。

（第４実施例）
ここでは、第１実施例と異なる点について説明する。図５に、本実施例における微小光源５０の要部断面図が示されている。密封板１２、カソードチップ１４、絶縁性チューブ２０、及び円柱状電極２２のそれぞれは第１実施例と同じものを用いている。
本実施例の管状ハウジング３８は、その側面にガス供給孔３８ａとガス排出孔３８ｂが設けられている。
図６には、本実施例の絶縁性スペーサ部材３６の斜視図が示されている。絶縁性スペーサ部材３６は、第１実施例のようにリング状ではなく、馬蹄形状を有している。
図５をみるとわかるように、ガス供給孔３８ａが設けられた高さ位置と、絶縁性スペーサ部材３６が設置されている高さ位置が一致している。ガス供給孔３８ａから矢印Ａ方向に供給されたガスは、カソードチップ１４の貫通孔１４ａを通って微小光源５０の内部空間３０に流れこむことができるようになっている。内部空間３０に流れ込んだガスは、ガス排出孔３８ｂから外部に排出される（矢印Ｂ）。

本実施例では、内部空間３０内においてアルゴンガスを流動させるようにしても、内部空間３０の圧力は約１ａｔｍに維持される。従って、カソードチップ１４と円柱状電極２２の間をガス放電すると、アルゴンガスの発光スペクトルを得ることができる。
本実施例の微小光源５０によると、内部空間３０に供給するガス種を変更することができる。アルゴンガスを供給していたのを、例えばキセノンガスに変更することができる。これにより、キセノンガスの発光スペクトルを得ることができる。
また、本実施例の微小光源５０では、内部空間３０内においてガスを流動させるために、冷却効果を得ることもできる。

（第５実施例）
本実施例では、第４実施例の微小光源５０を用いた原子吸光分析装置について説明する。図７に、原子吸光分析装置１００の概略図が示されている。原子吸光分析装置１００は、上記した第４実施例の微小光源５０と、試料供給部６０と、モノクロメータ７０と、受光器８０等を有している。
微小光源５０からは、図７の右方向に光線５２が出る。微小光源５０の密封板１２（図５参照）には集光レンズを用いているために、密度の大きい光線５２が出る。本実施例では、図５に示されるガス供給孔３８ａから水素ガスを供給する。内部空間３０は１ａｔｍに維持される。微小光源５０からは水素ガスに特有の波長λ１の光が出る。
試料供給部６０には分析対象となる試料が原子化されて充填される。公知の原子化手段を用いればよく、詳しい説明は省略する。微小光源５０の光５２は試料供給部６０を通過する。
モノクロメータ７０は、特定波長の光のみを取出すことができるものである。本実施例では、水素ガスに特有の波長λ１の光だけを通過させることを許容する。モノクロメータ７０は、微小光源５０で使用するガスが変更されると、通過することを許容する波長を変えることができる。
受光器８０は、モノクロメータ７０を通過した光の強度を測定する。受光器８０は、微小光源５０から発光する波長λ１の強度（即ち試料供給部６０に入射する波長λ１の強度）が予めインプットされており、入射光の強度と通過光の強度から試料供給部６０における吸光度を算出する。これにより、試料供給部６０に存在する水素の定量分析を行なうことができる。
微小光源５０に供給するガス種を変更すれば、変更後のガス種の定量分析を行なうことができる。

本実施例の原子吸光分析装置１００は、光源５０が小さいために非常にコンパクトである。また、微小光源５０に供給するガス種を変更することができるために、様々な種類の物質の定量分析を容易に行なうことができる。この原子吸光分析装置１００は、非常に実用的である。

（第６実施例）
一般的に、果物は微量のエチレンガスを発生している。特に、熟し始めると、より多くのエチレンガスを発生するようになる。本実施例では、果物から発生するエチレンガスを定量分析することによって果物の熟し具合を検知する装置について説明する。図８に、果物の熟し具合を検知する装置２００の構成を簡単に示している。
装置２００は、混合ガス生成部１２０と微小光源５０とモノクロメータ１３０と受光器１４０とコンピュータ１５０等を備えている。
混合ガス生成部１２０は、２つのガス吸込み経路１２２，１２４を有している。一方のガス吸込み経路１２２からは果物から発生するエチレンガスが吸込まれる（当然に空気も一緒に吸込まれる）。装置２００のユーザーは、ガス吸込み経路１２２の吸込み口を果物に近づけて用いる。以下では、ガス吸込み経路１２２のことをエチレンガス含有空気吸込み経路１２２と呼ぶことにする。他方のガス吸込み経路１２４は、ヘリウムガス収容器１６０と連通している。ガス吸込み経路１２４からは、ヘリウムガス収容器１６０に収容されているヘリウムガスが吸込まれる。以下では、ガス吸込み経路１２４のことをヘリウムガス吸込み経路１２４と呼ぶことにする。
混合ガス生成部１２０には、エチレンガス含有空気吸込み経路１２２からエチレンガス含有空気を吸込ませるためのポンプ１５２と、ヘリウムガス吸込み経路１２４からヘリウムガスを吸込ませるためのポンプ１５４が内蔵されている。混合ガス生成部１２０は、各経路１２２，１２４から吸込まれたエチレンガス（空気も含む）とヘリウムガスを混合して混合ガスを生成する。各ポンプ１５２，１５４の能力は、混合ガス中のエチレンガス含有空気の体積百分率が１０％になるように設定されている。即ち、ポンプ１５２による吸込み量をＶ１とし、ポンプ１５４による吸込み量をＶ２とした場合に、Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）が０．１となるようにしている。

微小光源５０は、上記した第４実施例の微小光源と同じものである。
管状ハウジング３８（図５）の混合ガス供給孔３８ａは、混合ガス供給経路１２６を介して混合ガス生成部１２０と連通している。この構成により、混合ガス生成部１２０で生成された混合ガスが、ガス供給経路１２６を介して微小光源５０の内部空間３０内に供給される。内部空間３０に供給された混合ガス３０は、ガス排出孔３８ｂから外部に排出される。本実施例でも、内部空間３０内における混合ガスは大気圧以上となる。微小光源５０に電圧を印加すると、内部空間３０内に供給された混合ガスが発光する。図８では、微小光源５０から発する光を符号５２で示している。

モノクロメータ１３０は、微小光源５０から発光した光５２を分光し、エチレンガスに特有の波長λｅの光だけを通過させることを許容する。図８では、モノクロメータ１３０を通過した光を符号１３２で示している。
受光器１４０は、モノクロメータ１３０を通過した光１３２の強度を計測する。
コンピュータ１５０は、分析部１５２と表示部１５４を有している。分析部１５２には、受光器１４０で計測される強度と、混合ガス中のエチレンガスの濃度（即ち果物から発生したエチレンガス量）との関係が記述されたデータが記憶されている。これにより、分析部１５２は、受光器１４０で計測された強度からエチレンガスの濃度を計算することができる。また、分析部１５２には、エチレンガスの濃度と、果実（本実施例ではリンゴ）の熟し具合とを対応づけたデータを記憶している。例えば、エチレンガス濃度がＡ以上Ｂ以下あれば「熟していない」、エチレンガス濃度がＢ以上Ｃ以下であれば「食べごろ」、エチレンガス濃度がＣ以上であれば「熟し過ぎ（腐っている）」、といった内容を記憶している。これにより、分析部１５２は、計算されたエチレンガス濃度から果物の熟し具合を特定することができる。
表示部１５４は、分析部１５２で特定された「果物の熟し具合」を表示する。これにより、ユーザーは、果物の熟し具合を正確に知ることができる。

本実施例では、果物の付近に存在するガスをヘリウムガスと混合して微小光源５０に供給するようにしている。このようにヘリウムガスを含む混合ガスを微小光源５０に充填してガス放電させると、エチレンガスの強いスペクトル（本実施例では波長λｅのスペクトル）を得ることができ、エチレンガスの定量分析を正確に行なうことができる。
なお、本実施例では、混合ガス中のエチレンガス含有空気の体積百分率が１０％になるように設定しているが、この数値は適宜変更することができる。エチレンガス含有空気の体積百分率は１０％以上１００％未満であることが好ましいが、１０％未満に設定することもできる。また、ヘリウムガスを混合しないで、エチレンガス含有空気吸込み経路１２２から吸込まれるエチレンガス（空気を含む）だけを微小光源５０に供給するようにしてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上記した各実施例に記載した微小光源１０（又は５０）は、円筒形状をしているが、この形状には限られない。角形の筒形状を用いてもよいし、その他の筒形状を用いてもよい。

また、絶縁性スペーサ部材１６としてリング形状を採用しているが、カソードチップ１４の貫通孔１４ａと円柱状電極２２との間を遮断することなく、かつ、カソードチップ１４と円柱状電極２２の間のギャップコントロールを行なえるものであれば、どのような形状の絶縁性スペーサ部材１６を用いてもよい。

上記した第６実施例の変形例として以下の装置を実施することができる。即ち、ヒトの体臭の元となるガスを第６実施例と同様の方法で定量分析することによって、ヒトの体臭のレベルを検知する装置を実施することができる。この装置は、吸込み経路１２２（図８参照）の吸込み口をヒトに近づけて使用する。そして、モノクロメータ１３０では、ヒトの体臭の元となるガスに特有の波長の光のみを通過することを許容する。受光器１４０は、ヒトの体臭の元となるガスの発光強度を測定する。コンピュータ１５０は、ヒトの体臭の元となるガスの濃度を計算し、計算された濃度から体臭のレベルを特定し、特定された体臭のレベルを表示する。

また、上記した第５実施例や第６実施例ではモノクロメータを用いているが、分光器を用いて特定波長のスペクトルを取出すようにしてもよい。

上記した各実施例において、円柱状電極２２を楕円形状に変更しても同様の作用効果を得ることができる。楕円柱形状の電極を用いることは円柱状電極を用いることと実質的な差がなく均等であるといえる。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

微小光源の分解斜視図を示す。 微小光源の要部断面図を示す。 発光強度の電源電圧依存性を実験した結果を示す。 発光強度の圧力依存性を実験した結果を示す。 第４実施例の微小光源の要部断面図を示す。 第４実施例の絶縁性スペーサ部材の斜視図を示す。 原子吸光分析装置の概略図を示す。 果物の熟し具合を検知する装置の概略図を示す。

符号の説明

１０・・微小光源
１２・・密封板
１４・・カソードチップ
１６・・絶縁性スペーサ部材
１８・・管状ハウジング
２０・・絶縁性チューブ
２２・・円柱状電極
２４・・ロッド状電極ユニット

Claims (6)

1. ロッド状電極ユニットとスペーサ部材と管状電極を備え、
   ロッド状電極ユニットは、円柱状電極とその円柱状電極の側面に固定された位置決部材を有し、円柱状電極の長さ方向に対して直交する前側端面を有し、円柱状電極の前側端面と位置決部材の前側端面は同一平面上に位置しており、
   スペーサ部材は絶縁性であり、ロッド状電極ユニットの前側端面に当接する後側端面と、管状電極の後側端面に当接する前側端面を有し、円柱状電極と管状電極間に放電路を確保する形状に形成されており、
   管状電極は、スペーサ部材の前側端面に当接する後側端面と、その後側端面に開口する貫通孔を有し、
   ロッド状電極ユニットの円柱状電極と管状電極の貫通孔がほぼ同軸に配置されていることを特徴とする光源。
2. ハウジングとロッド状電極ユニットとスペーサ部材と管状電極と密封板を備え、
   ハウジングは管状であり、
   ロッド状電極ユニットは、ハウジングに隙間なく挿入されている絶縁性チューブとその絶縁性チューブを貫通している円柱状電極を有し、円柱状電極の長さ方向に対して直交する前側端面を有し、円柱状電極の前側端面と絶縁性チューブの前側端面は同一平面上に位置しており、
   スペーサ部材は絶縁性であり、ハウジングに挿入されており、ロッド状電極ユニットの前側端面に当接する後側端面と、管状電極の後側端面に当接する前側端面と、中央開口を有し、
   管状電極は、ハウジングに挿入されており、スペーサ部材の前側端面に当接する後側端面と、その後側端面に開口する貫通孔を有し、
   密封板は、発光スペクトルに対して透明であり、管状電極の前側においてハウジングに隙間なく挿入されて固定されており、
   ハウジングによって、ロッド状電極ユニットの円柱状電極と、スペーサ部材の中央開口と、管状電極の貫通孔がほぼ同軸に配置され、
   スペーサ部材の中央開口の径は、ロッド状電極ユニットの円柱状電極の径よりも大きく、管状電極の貫通孔の径よりも大きく、
   ハウジングの内部で、ロッド状電極ユニットよりも前側で密封板よりも後側の空間に、放電ガスが充填されていることを特徴とする光源。
3. 円柱状電極の前側から管状電極の貫通孔を含む空間に、１０^−２〜１０ａｔｍの放電ガスが充填されていることを特徴とする請求項１または２の光源。
4. 管状電極の貫通孔の直径が０．３ｍｍ以下であり、
   円柱状電極の前側から管状電極の貫通孔を含む空間に常圧以上の放電ガスが充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの光源。
5. 円柱状電極の前側から管状電極の貫通孔を含む空間に、光源の外部に存在するガスを供給する供給路と、ガスを排出する排出路が連通していることを特徴とする請求項１から４のいずれかの光源。
6. １対の電極間で放電して発光する光源の製造方法であり、
   管状のハウジングを用意する工程と、
   絶縁性のチューブを円柱状電極が貫通しているロッド状電極ユニットを用意する工程と、
   円柱状電極の前側端面と絶縁性チューブの前側端面を円柱状電極の長さ方向に対して直交する同一平面に調整する工程と、
   絶縁性であり、中央開口を有するスペーサ部材を用意する工程と、
   貫通孔を有している管状電極を用意する工程と、
   ハウジングにロッド状電極ユニットを隙間なく挿入する工程と、
   ハウジングにスペーサ部材を挿入する工程と、
   ハウジングに管状電極を挿入する工程と、
   ハウジングに挿入されることでほぼ同軸に配置されたロッド状電極ユニットとスペーサ部材と管状電極を、ロッド状電極ユニットの前側端面をスペーサ部材の後側端面に当接させ、スペーサ部材の前側端面を管状電極の後側端面に当接させる工程とを有する光源の製造方法。

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