JP6556338B2 - ガスセンサ及び恒温装置 - Google Patents

ガスセンサ及び恒温装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6556338B2
JP6556338B2 JP2018512061A JP2018512061A JP6556338B2 JP 6556338 B2 JP6556338 B2 JP 6556338B2 JP 2018512061 A JP2018512061 A JP 2018512061A JP 2018512061 A JP2018512061 A JP 2018512061A JP 6556338 B2 JP6556338 B2 JP 6556338B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
light
detector
light source
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018512061A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2017179648A1 (ja
Inventor
水内　公典
公典 水内
山本　正樹
正樹 山本
阪口　明
明 阪口
英式 渡辺
英式 渡辺
徳丸　智祥
智祥 徳丸
嗣正 樋富
嗣正 樋富
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PHC Holdings Corp
Original Assignee
PHC Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PHC Holdings Corp filed Critical PHC Holdings Corp
Publication of JPWO2017179648A1 publication Critical patent/JPWO2017179648A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6556338B2 publication Critical patent/JP6556338B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/14—Incubators; Climatic chambers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/09—Cuvette constructions adapted to resist hostile environments or corrosive or abrasive materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/04—Heat
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/26—Accessories or devices or components used for biocidal treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2202/00—Aspects relating to methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects
    • A61L2202/10—Apparatus features
    • A61L2202/14—Means for controlling sterilisation processes, data processing, presentation and storage means, e.g. sensors, controllers, programs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N2021/0378—Shapes
    • G01N2021/0382—Frustoconical, tapered cell
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
    • G01N2021/158—Eliminating condensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8557—Special shaping of flow, e.g. using a by-pass line, jet flow, curtain flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/063—Illuminating optical parts
    • G01N2201/0636—Reflectors

Description

本発明は、ガスセンサと、当該ガスセンサを備える恒温装置に関する。
従来、ＣＯ２やＮＯｘ等のガスを検出可能なガスセンサが知られている。このようなガスセンサとして、例えば特許文献１には、被検出ガスによる赤外光の吸収を利用して被検出ガスの濃度を検出できる赤外線ガスセンサが開示されている。
具体的には、この赤外線ガスセンサは、赤外光源と、検出器としての赤外線センサと、反射板とを備えていた。そして、赤外光源及び赤外線センサは反射板と対向し、赤外光源から出射された赤外光が反射板で反射されて赤外線センサに到達するよう配置されていた。また、赤外線ガスセンサは、赤外光源及び赤外線センサと反射板との間の空間に被検出ガスが導入されるよう構成されていた。このため、赤外光源から出射された赤外光は、その一部が被検出ガスによって吸収された後に赤外線センサに到達する。赤外線ガスセンサは、赤外光の強度変化に基づいて被検出ガスの濃度を検出することができる。
特開２０１２−２１５３９６号公報
上述した従来のガスセンサでは、光源と検出器とが被検出ガスに曝される構造であった。一方、ガスセンサに用いられる光源や検出器の耐熱温度は、一般的に１００℃程度である。このため、被検出ガスの温度が光源及び検出器の耐熱温度を超えて、これによりガスセンサの検出精度が低下するおそれがあった。また、従来のガスセンサをインキュベータ等の恒温装置に搭載する場合、恒温装置に乾熱滅菌を施す際に、被検出ガスの収容空間の温度が光源及び検出器の耐熱温度を超える可能性があった。この場合、光源及び検出器が高温に曝されることになり、ガスセンサの検出精度が低下するおそれがあった。
本願はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスセンサの検出精度の低下を抑制する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本願のある態様はガスセンサである。当該ガスセンサは、被検出ガスに向けて所定波長の光を出射する光源、及び光を受光し、被検出ガスによる光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する検出器を有するガス検出部と、第１端部、当該第１端部とは反対側の第２端部、及び第１端部から第２端部にかけて延在する中空部を有し、ガス検出部側に第１端部が配置され、被検出ガスの存在するガス空間側に第２端部が配置され、中空部を介して被検出ガスをガス空間とガス検出部との間で流通させるガス通路部と、を備える。中空部は、第２端部側から第１端部側に近づくにつれて流路断面積が段階的又は連続的に小さくなる形状を有する。ガス通路部は、中空部を、それぞれが第１端部側から第２端部側に延在する第１領域及び第２領域の少なくとも２つの領域に区画する仕切り部材と、第２端部に配置されて、ガス空間と第１領域とを接続するガス流入口と、第２端部に配置されて、第２領域とガス空間とを接続するガス流出口と、を有する。ガス空間に存在する被検出ガスは、ガス流入口から中空部内に流入し、第１領域を第１端部に向かって流れてガス検出部に到達し、ガス検出部に存在する被検出ガスは、第２領域を第２端部に向かって流れてガス流出口からガス空間に流出する。
また、本願の他の態様はガスセンサである。当該ガスセンサは、所定波長の光を出射する光源と、被検出ガスによる光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する検出器と、第１端部、及び当該第１端部とは反対側の第２端部を有し、光源及び検出器が第１端部側に配置され、光が通過する光通路部と、光通路部の第２端部側に、被検出ガスが存在するガス空間を挟んで配置される光反射部と、を備える。光源から出射される光は、光通路部及びガス空間を経て光反射部に到達し、光反射部により反射されてガス空間及び光通路部を経て検出器に到達する。
また、本願の他の態様は恒温装置である。当該恒温装置は、ガスが収容される恒温槽と、上記態様のガスセンサと、を備え、ガスセンサにより恒温槽内のガスを検出する。
本願によれば、ガスセンサの検出精度の低下を抑制することができる。
実施の形態１に係る恒温装置の一部分を示す水平断面図である。 実施の形態２に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。 図３（Ａ）は、実施の形態２に係る恒温装置を模式的に示す鉛直断面図である。図３（Ｂ）は、槽内ガスの流れを模式的に示す図である。 図４（Ａ）は、変形例１に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図４（Ｂ）は、変形例２に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。 図５（Ａ）は、実施の形態３に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図５（Ｂ）は、実施の形態３に係るガスセンサの第２端部側の端面を模式的に示す図である。 図６（Ａ）は、変形例３に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図６（Ｂ）は、変形例３に係るガスセンサの第２端部側の端面を模式的に示す図である。 実施の形態４に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。 図８（Ａ）は、実施の形態５に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図８（Ｂ）は、実施の形態５に係るガスセンサを模式的に示す水平断面図である。 実施の形態６に係るガスセンサを示す水平断面図である。 実施の形態７に係る恒温装置の一部分を模式的に示す断面図である。 実施の形態７に係るガスセンサの構造を示す断面図である。 図１２（Ａ）は、第１端部及び第２端部の形状を模式的に示す図である。図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）は、光通路部の形状と、光源から検出器への光の伝達効率との関係を示すグラフである。 光源及び検出器の配置を説明するための模式図である。 光源、検出器及び光反射部の配置を説明するための模式図である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、光通路部の材質を説明するための模式図である。 実施の形態８に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。 実施の形態９に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。 実施の形態１０に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。 図１９（Ａ）は、実施の形態１１に係るガスセンサを模式的に示す平面図である。図１９（Ｂ）は、実施の形態１１に係るガスセンサが備える検出器と光学フィルタとを模式的に示す側面図である。 実施の形態１２に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図に示す各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。また、本明細書または請求項中に用いられる「第１」、「第２」等の用語は、いかなる順序や重要度を表すものでもなく、ある構成と他の構成とを区別するためのものである。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る恒温装置の一部分を示す水平断面図である。図１では、ガスセンサ１００を鉛直方向上方から観察したときの断面形状を図示している。本実施の形態に係る恒温装置１は、筐体２と、恒温槽４と、ガスセンサ１００（１００Ｇ）とを備える。本実施の形態の恒温装置１は、一例として乾熱滅菌機能付きのＣＯ２インキュベータである。筐体２は、恒温装置１の外筐を構成する。恒温槽４は、筐体２の内部に配置される。恒温槽４には、細胞等の培養物が収容される。恒温装置１は、筐体２に設けられる図示しない外扉と恒温槽４に設けられる図示しない内扉とを介して、培養物を恒温槽４に搬入あるいは恒温槽４から取り出すことができる。恒温槽４には、二酸化炭素（ＣＯ２）等を含むガス（以下では、槽内ガスと称する）が収容される。
ガスセンサ１００は、恒温槽４の槽内ガスに含まれる所定のガス（以下では、被検出ガスと称する）を検出するためのセンサである。本実施の形態における被検出ガスは、一例としてＣＯ２である。ガスセンサ１００は、被検出ガスの存在及び濃度を検出することができる。ガスセンサ１００は、検出結果を示す信号を、恒温装置１の図示しない制御部に送信する。ガスセンサ１００は、恒温槽４の内側と外側とを連通する貫通孔４ａに挿入されて固定される。筐体２と恒温槽４との間の空間には、図示しない断熱材が配置される。
ガスセンサ１００は、ガス検出部１０１と、ガス通路部１３０とを備える。ガス検出部１０１は、光源１０２と、検出器１０４と、ガス導入室１３２と、ブラケット１３４とを有する。光源１０２、検出器１０４、ガス導入室１３２及びブラケット１３４は、筐体１０１ａに収容される。
光源１０２は、所定波長の光を出射する。本実施の形態の光源１０２は、一例として、黒体薄膜からなる熱型赤外光源であり、広い波長範囲で赤外光を出射する。赤外光源としては、高温の発熱体から赤外光が発生する熱型赤外光源が主流であり、発熱体はフィラメント、セラミック、薄膜などがある。また、光源１０２には、ＬＥＤを利用することもできる。光源１０２は、基板１３６に搭載され、基板１３６上の図示しない配線パターンに電気的に接続される。
検出器１０４は、光源１０２の光を受光し、被検出ガスによる光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する。具体的には検出器１０４は、図示しない受光素子で光源１０２から出射される光を受けて、被検出ガスによる光の吸収に起因した光の強度変化に基づいて、被検出ガスを検出する。本実施の形態の検出器１０４は、一例として、赤外光を吸収して電気信号を出力する赤外線センサである。このような赤外線センサとしては、フォトダイオードやフォトコンダクタ等の、光電変換によって信号を出力する量子型センサや、サーモパイルや焦電型センサ等の、赤外光吸収による温度変化を電気信号に変換する熱型センサ等を例示することができる。検出器１０４は、基板１３８に搭載され、基板１３８上の図示しない配線パターンに電気的に接続される。
光源１０２と検出器１０４とは、光源１０２の光出射面１０２ａと検出器１０４の受光面１０４ｅとが対向するように配置される。光源１０２と検出器１０４との間には、被検出ガスが流入するガス導入室１３２が配置される。ガス導入室１３２は、第１空間１３２ａと、第２空間１３２ｂと、第３空間１３２ｃとを有する。第１空間１３２ａは、光源１０２と検出器１０４とが並ぶ方向に対して交わる方向に延在し、ガス通路部１３０に接続される。第２空間１３２ｂは、第１空間１３２ａから光源１０２側に延びる。第３空間１３２ｃは、第１空間１３２ａから検出器１０４側に延びる。
第１空間１３２ａには、恒温槽４内の槽内ガスがガス通路部１３０を経由して流れ込む。第２空間１３２ｂ及び第３空間１３２ｃには、第１空間１３２ａを通過した槽内ガスが流れ込む。第１空間１３２ａと光源１０２との間に第２空間１３２ｂを設け、第１空間１３２ａと検出器１０４との間に第３空間１３２ｃを設けることで、恒温槽４から光源１０２及び検出器１０４までの槽内ガスの流路長を伸ばすことができる。これにより、光源１０２及び検出器１０４に接近する槽内ガスの温度が低下するため、光源１０２及び検出器１０４の温度上昇を抑制することができる。
また、光源１０２と検出器１０４との間には、被検出ガスを測定するために所定の距離（光学距離）を確保する必要がある。第２空間１３２ｂ及び第３空間１３２ｃを介さずに第１空間１３２ａに光源１０２と検出器１０４とを接続する構造では、第１空間１３２ａの幅を光学距離まで拡げる必要がある。この場合、ガス導入室１３２を画成する部材の強度を確保することが困難になるおそれがある。これに対し、第２空間１３２ｂ及び第３空間１３２ｃを設けることで、第１空間１３２ａの幅を光学距離よりも短くすることができる。これにより、ガス導入室１３２を画成する部材の強度をより確実に確保することができる。
好ましくは、第２空間１３２ｂを画成する壁面、及び第３空間１３２ｃを画成する壁面には、金属膜が成膜される。金属膜は、例えば、赤外領域で高い反射率を有する金、アルミニウム、クロム等からなる。金属膜を設けることで、光源１０２の光が第２空間１３２ｂ及び第３空間１３２ｃの壁面に吸収されることを抑制し、光源１０２から検出器１０４への導光効率を高めることができる。これにより、ガスセンサ１００の検出感度を向上させることができる。
光源１０２及び検出器１０４は、ブラケット１３４により支持される。ブラケット１３４は、第１収容部１３４ａと、第２収容部１３４ｂとを有する。第１収容部１３４ａは、ガス導入室１３２の第２空間１３２ｂに隣接して配置される。第１収容部１３４ａには光源１０２が収容される。光源１０２は、光出射面１０２ａが第２空間１３２ｂ側を向くように配置される。第１収容部１３４ａは、第２空間１３２ｂ側に開口を有する。この開口は、第１蓋部材１４０によって塞がれる。したがって、第１蓋部材１４０によってガス導入室１３２と第１収容部１３４ａとが隔てられ、第１収容部１３４ａ内への槽内ガスの漏出が抑制される。これにより、ガスセンサ１００の検出精度が低下することを抑制することができる。好ましくは、第１収容部１３４ａの開口は、第１蓋部材１４０によって気密に封止される。
第２収容部１３４ｂは、ガス導入室１３２の第３空間１３２ｃに隣接して配置される。第２収容部１３４ｂには検出器１０４が収容される。検出器１０４は、受光面１０４ｅが第３空間１３２ｃ側を向くように配置される。第２収容部１３４ｂは、第３空間１３２ｃ側に開口を有する。この開口は、第２蓋部材１４２によって塞がれる。したがって、第２蓋部材１４２によってガス導入室１３２と第２収容部１３４ｂとが隔てられ、第２収容部１３４ｂ内への槽内ガスの漏出が抑制される。これにより、ガスセンサ１００の検出精度が低下することを抑制することができる。好ましくは、第２収容部１３４ｂの開口は、第２蓋部材１４２によって気密に封止される。
第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２は、光源１０２の光に対する透過性を有する（すなわち、出射光の吸収率が低い）材料からなる。したがって、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２は、光学窓を構成する。本実施の形態では、光源１０２から赤外光が出射されるため、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２は、例えばゲルマニウム、シリコン、サファイア等で構成される。
光源１０２と、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２とは、ブラケット１３４を介して熱伝導可能に接続されている。これにより、光源１０２の熱で第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２を加熱することができる。この結果、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２に結露が生じることを抑制することができる。結露の発生を抑制することで、光源１０２から検出器１０４への導光効率の低下を抑制することができる。ブラケット１３４は、例えばアルミニウム等の高い熱伝導性を有する材料で形成される。
検出器１０４と第２蓋部材１４２とは、離間して配置される。検出器１０４と第２蓋部材１４２との間に空間を設けることで、第２蓋部材１４２から検出器１０４への熱伝導を抑制することができる。これにより、ガスセンサ１００の検出精度をより向上させることができる。一方、光源１０２と第１蓋部材１４０とは、接触するように配置される。これにより、光源１０２の熱を第１蓋部材１４０により効率よく伝達することができる。また、光源１０２から検出器１０４への導光効率も高めることができる。なお、検出器１０４は、第２収容部１３４ｂの壁面に対しても離間するように配置される。これにより、光源１０２の熱がブラケット１３４を介して検出器１０４に伝わることを抑制することができる。
また、光源１０２及び検出器１０４は、ガスセンサ１００の外部と、ひいては恒温装置１の外部と連通している。具体的には、第１収容部１３４ａは、第２空間１３２ｂとは反対の側にも開口を有する。同様に、第２収容部１３４ｂは、第３空間１３２ｃとは反対の側にも開口を有する。例えば、第１収容部１３４ａ及び第２収容部１３４ｂは、ブラケット１３４に設けられる貫通孔からなる。また、筐体１０１ａには、開口（図示せず）が設けられる。これにより、光源１０２及び検出器１０４は、ガスセンサ１００の外部及び恒温装置１の外部と連通する。このような構成により、光源１０２及び検出器１０４の存在領域を外部との間で換気することができる。この換気により、後述するパッキン１２０と貫通孔４ａとの隙間やパッキン１２０とガスセンサ１００との隙間から槽内ガスが漏出してしまった場合でも、漏出したガスに起因するガスセンサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。
ガス検出部１０１は、ガス導入室１３２を加熱するヒータ（図示せず）を備えてもよい。ヒータによって被検出ガスの測定領域、言い換えれば光源１０２と検出器１０４との間に位置する被検出ガスの存在空間の温度を一定に保つことで、ガスセンサ１００の検出精度を向上させることができる。また、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２に結露が生じることを抑制することができる。
ガス通路部１３０は、被検出ガスを含む槽内ガスの通路であり、恒温槽４とガス検出部１０１との間に介在する。ガス通路部１３０を設けることで、ガス検出部１０１を恒温槽４から離間させることができる。これにより、恒温槽４の内部空間から光源１０２及び検出器１０４への熱の伝達を抑制することができる。その結果、光源１０２及び検出器１０４の熱による損傷を抑制することができるため、ガスセンサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。
ガス通路部１３０は、管状部材で構成され、第１端部１４４と、第１端部１４４とは反対側の第２端部１４６と、第１端部１４４から第２端部１４６にかけて延在する中空部１４８とを有する。第１端部１４４は、ガス検出部１０１側に配置される。第２端部１４６は、被検出ガスの存在するガス空間側、すなわち恒温槽４側に配置される。
中空部１４８の第１端部１４４側の端部は、ガス導入室１３２の第１空間１３２ａに接続される。中空部１４８の第２端部１４６側の端部は、恒温槽４の内部空間に接続される。中空部１４８の第２端部１４６側の端部には、キャップ１５０が嵌め込まれる。キャップ１５０は、耐熱性及び撥水性を有する多孔質材料、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の樹脂材料や、金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル等で構成される。キャップ１５０の耐熱性は、好ましくは２００℃以上である。キャップ１５０は、槽内ガスを通過させることができる。
被検出ガスを含む槽内ガスは、中空部１４８を介して恒温槽４とガス検出部１０１との間で流通する。中空部１４８は、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて流路断面積Ｎが段階的又は連続的に小さくなる形状を少なくとも一部に有する。すなわち、中空部１４８は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向に対して垂直な断面の面積が、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて段階的又は連続的に小さくなる形状を有する。図１に示される中空部１４８は、流路断面積Ｎが第２端部１４６から第１端部１４４にかけて連続的に小さくなる形状を有する。
第２端部１４６側の流路断面積Ｎを大きくすることで、槽内ガスを中空部１４８内に取り込みやすくすることができる。一方、第１端部１４４側の流路断面積Ｎを小さくすることで、光源１０２と検出器１０４との距離を接近させやすくすることができる。本実施の形態における光源１０２と検出器１０４との距離は、例えば約１０ｍｍである。光源１０２と検出器１０４との距離を接近させることで、被検出ガスの検出に必要な光源１０２の光度を低減することができる。すなわち、より低パワーでの被検出ガスの測定が可能となる。また、ガス検出部１０１の大型化を抑制することができる。
ガス通路部１３０は、少なくとも一部が断熱性材料で構成される。本実施の形態のガス通路部１３０は、全体が断熱性材料で構成される。ガス通路部１３０の一部分のみが断熱性材料で構成される場合は、第１端部１４４から第２端部１４６までの間のいずれかの位置で非断熱性材料が不連続となるように、断熱性材料が配置されることが好ましい。ガス通路部１３０の少なくとも一部が断熱性材料で構成されることで、恒温槽４の内部空間の熱がガス通路部１３０を介して光源１０２及び検出器１０４に伝達されることを抑制することができる。
例えば、断熱性材料としては、恒温槽４の内部の温度が１９０℃のときに、光源１０２及び検出器１０４周辺の温度が１００℃以下になる材料が選択される。断熱性材料として熱抵抗の高い材料を選択することで、断熱効果を高めることができる。また断熱性材料としては、高温耐性樹脂が好適である。高温耐性樹脂は、金属に比べて加工が容易であるとともに、熱抵抗が高いためである。断熱性材料の具体例としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂；ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；シリコン樹脂；ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を例示することができる。
本実施の形態では、ガス通路部１３０と、ガス検出部１０１のガス導入室１３２とが断熱性材料で一体成形された構造を有する。すなわち、断熱性材料からなる一体の管状部材の内部に、中空部１４８と、第１空間１３２ａと、第２空間１３２ｂと、第３空間１３２ｃとが画成されている。
ガスセンサ１００は、恒温槽４の貫通孔４ａにガス通路部１３０が挿通された状態で、ガス通路部１３０の外側面と貫通孔４ａ内側面との間にパッキン１２０が嵌め込まれることにより、恒温槽４に対して固定される。パッキン１２０は、例えばシリコーン樹脂からなる。ガスセンサ１００は、ガス通路部１３０の第２端部１４６が恒温槽４内に露出し、ガス通路部１３０が貫通孔４ａ内に位置し、ガス検出部１０１が恒温槽４の外部に位置する。
ガスセンサ１００は、恒温槽４に固定された状態で、ガス通路部１３０が水平に延在するように配置される。すなわち、ガスセンサ１００は、第１端部１４４と第２端部１４６とが水平方向に並ぶように配置される。このように、ガスセンサ１００を横置きとすることで、ガス通路部１３０やガス導入室１３２の内部にダストや液体が進入することと、進入したダストや液体が内部に溜まることとを抑制することができる。これにより、ガスセンサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。
ガスセンサ１００が恒温槽４に固定された状態で、中空部１４８及び第１空間１３２ａは、水平方向で且つ恒温槽４の壁面４ｂの法線方向に延在する。第２空間１３２ｂ及び第３空間１３２ｃは、水平方向で且つ恒温槽４の壁面４ｂに平行に延在する。光源１０２及び検出器１０４は、水平方向に配列される。光源１０２と検出器１０４とをガスセンサ１００の側面に配置することで、光源１０２上あるいは検出器１０４上にダストや水分が溜まることを抑制することができる。
また、中空部１４８は、底面が第２端部１４６側に位置し、上面が第１端部１４４側に位置する略円錐台形状の部分を有する。したがって、中空部１４８の鉛直方向下側の表面は、少なくとも一部において、第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜するテーパ状となっている。これにより、中空部１４８やガス導入室１３２の内部からダストや液体が排出されやすくなるため、ダストや液体が溜まることをより抑制することができる。
恒温槽４の槽内ガスは、キャップ１５０を介して中空部１４８に流入する。中空部１４８に流入した槽内ガスは、第１端部１４４側に進み、ガス導入室１３２の第１空間１３２ａに流入する。第１空間１３２ａに流入した槽内ガスは、第２空間１３２ｂ及び第３空間１３２ｃに流入する。この結果、第１空間１３２ａ〜第３空間１３２ｃは槽内ガスで満たされる。
光源１０２の光は、被検出ガスに向けて出射される。すなわち、光源１０２の光は、被検出ガスを含む槽内ガスが充満する第２空間１３２ｂに向けて出射される。光源１０２から出射される光は、第１蓋部材１４０、第２空間１３２ｂ、第１空間１３２ａにおける第２空間１３２ｂと第３空間１３２ｃとで挟まれる領域、第３空間１３２ｃ、第２蓋部材１４２を経て、検出器１０４に到達する。この過程で、第１空間１３２ａ〜第３空間１３２ｃに存在する被検出ガスにより所定波長の光が吸収される。検出器１０４は、この所定波長の光の光量変化から、被検出ガスの存在及び濃度を検出することができる。
本実施の形態では、光源１０２から赤外光が出射され、第１空間１３２ａ〜第３空間１３２ｃに存在するＣＯ２によって波長４．２６μｍの光が吸収される。検出器１０４は、光源１０２から出射された光における波長４．２６μｍの光の強度（光量）を基準として、受光素子が受けた光における波長４．２６μｍの光の強度（光量）に基づいてＣＯ２の存在及び濃度を検出することができる。ガスセンサ１００が検出可能なＣＯ２の濃度は、例えば０〜２０％である。
本発明者らは、本実施の形態に係るガスセンサ１００を用いて、ＣＯ２の濃度を測定した。第１端部１４４から第２端部１４６までの距離は５０ｍｍとした。ガス通路部１３０とガス検出部１０１とが並ぶ方向における第１端部１４４から光出射面１０２ａの中心までの距離は１０ｍｍとした。第１蓋部材１４０から第２蓋部材１４２までの距離は１０ｍｍとした。中空部１４８の第２端部１４６側の直径は２０ｍｍとした。ガス導入室１３２には、５％濃度のＣＯ２ガスを導入した。光源１０２には、ブロードな発光スペクトルを持つ黒体放射の赤外発光光源を用いた。検出器１０４の受光面１０４ｅには、波長４．２６μｍの光のみを透過する光学フィルタを設置した。このＣＯ２の濃度測定の結果、ガスセンサ１００の検出感度が良好であり、高精度にＣＯ２の濃度を検出できることを確認した。また、恒温槽４内を１９０℃に加熱し、光源１０２及び検出器１０４の周辺温度を測定した。そして、当該周辺温度が１００℃以下であることを確認した。
以上説明したように、本実施の形態に係るガスセンサ１００は、光源１０２及び検出器１０４を有するガス検出部１０１と、恒温槽４とガス検出部１０１との間で被検出ガスを流通させるガス通路部１３０とを備える。ガス通路部１３０は、第１端部１４４、第２端部１４６、及び第１端部１４４から第２端部１４６にかけて延在する中空部１４８を有する。中空部１４８は、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて流路断面積Ｎが段階的又は連続的に小さくなる形状を有する。第１端部１４４はガス検出部１０１側に配置され、第２端部１４６はガス空間側に配置される。被検出ガスは、中空部１４８を介して恒温槽４とガス検出部１０１との間で流通する。
ガス通路部１３０を設けることで、光源１０２及び検出器１０４と、恒温槽４とを熱的に分離することができる。これにより、槽内ガスの温度が光源１０２及び検出器１０４の耐熱温度を超える場合や、槽内ガスが充填される空間に乾熱滅菌が施される場合等、恒温槽４の温度が高温になる場合であっても、光源１０２及び検出器１０４の熱による損傷を抑制することができる。よって、ガスセンサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。
また、ガスセンサ１００を恒温装置１に搭載することで、槽内ガスに含まれる被検出ガスの濃度を高精度に検出することができるため、恒温装置１の性能を向上させることができる。また、ガスセンサ１００を取り外すことなく乾熱滅菌処理を施すことができるため、恒温装置１の使い勝手を向上させることができる。
なお、本実施の形態では、光源１０２と検出器１０４とを水平方向に配列しているが、特にこの構成に限定されない。例えば、光源１０２と検出器１０４とは、鉛直方向に配列されてもよい。この場合、光源１０２を下方に配置することが好ましい。これにより、光源１０２の熱を第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２に伝えやすくすることができる。この結果、第１蓋部材１４０に結露が生じることを抑制することができる。
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図３（Ａ）は、実施の形態２に係る恒温装置を模式的に示す鉛直断面図である。図３（Ｂ）は、槽内ガスの流れを模式的に示す図である。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
図２に示すように、本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｈ）は、光源１０２、検出器１０４（図１参照）及びガス導入室１３２を有するガス検出部１０１と、ガス通路部１３０とを備える。ガス通路部１３０は、第１端部１４４と、第２端部１４６と、中空部１４８と、仕切り部材１５２とを有する。第１端部１４４は、ガス検出部１０１側に配置され、第２端部１４６は、恒温槽４側に配置される。ガス通路部１３０は、中空部１４８を介して被検出ガスを恒温槽４とガス検出部１０１との間で流通させる。中空部１４８は、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて流路断面積Ｎが小さくなる形状を有する。また、中空部１４８は、鉛直方向下側の表面１４８ｃが第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜する。
仕切り部材１５２は、中空部１４８を、第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの少なくとも２つの領域に区画する部材である。本実施の形態では、仕切り部材１５２によって中空部１４８が第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの２つの領域に区画されている。第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂは、それぞれ第１端部１４４側から第２端部１４６側に延在する。本実施の形態では、仕切り部材１５２は、第１端部１４４から第２端部１４６にかけて延在する。したがって、第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂは、それぞれ第１端部１４４から第２端部１４６にかけて延在する。
また、ガス通路部１３０は、ガス流入口１５４と、ガス流出口１５６とを有する。ガス流入口１５４は、第２端部１４６に配置されて、恒温槽４の内部空間と第１領域１４８ａとを接続する。ガス流出口１５６は、第２端部１４６に配置されて、第２領域１４８ｂと恒温槽４の内部空間とを接続する。ガス流入口１５４は多孔質部材１５８で塞がれ、ガス流出口１５６は多孔質部材１６０で塞がれる。多孔質部材１５８，１６０を構成する材料としては、キャップ１５０を構成する材料と同じものが例示される。多孔質部材１５８，１６０は、被検出ガスを通過させることができる。
ガス流入口１５４及びガス流出口１５６の開口面は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂ（図２において矢印Ｂで示す方向）に対して平行に延在する。多孔質部材１５８及び多孔質部材１６０が方向Ｂに対して平行に延在していることからも、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６の開口面が矢印Ｂに対して平行に延在することが理解できる。すなわち、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６は、ガス通路部１３０の側面に配置されている。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、ガスセンサ１００は、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６が恒温槽４の壁面４ｂから内部空間に突出するようにして、恒温槽４の壁面４ｂに設置される。通常、恒温槽４内には、槽内ガスの流れ（ガス流れＦ）が存在する。ガス流入口１５４は、開口面が恒温槽４におけるガス流れＦと交わるように、すなわち被検出ガスの流れる方向と交わるように配置される。好ましくは、ガス流入口１５４は、開口面がガス流れＦと直交するように配置される。また、ガス流出口１５６は、ガス流れＦの方向においてガス流入口１５４とは反対側に配置される。
また、ガス流入口１５４は、ガス流れＦの上流側に配置され、ガス流出口１５６は、ガス流入口１５４よりもガス流れＦの下流側に配置される。さらに、第２端部１４６は、恒温槽４において被検出ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に配置される。そして、ガス流入口１５４はガス流出口１５６よりも鉛直方向上方に配置される。
恒温槽４に存在する、被検出ガスを含む槽内ガスは、ガス流入口１５４から中空部１４８内に流入し、第１領域１４８ａを第１端部１４４に向かって流れてガス検出部１０１に到達する。これにともない、ガス検出部１０１に存在する、被検出ガスを含む槽内ガスは、第２領域１４８ｂを第２端部１４６に向かって流れてガス流出口１５６から恒温槽４に流出する。
このように、仕切り部材１５２で中空部１４８を第１領域１４８ａと第２領域１４８ｂとに分割し、第１領域１４８ａにガス流入口１５４を設け、第２領域１４８ｂにガス流出口１５６を設けることで、中空部１４８内での槽内ガスの流れを整えて、対流を生じさせることができる。これにより、被検出ガスをより効率的にガス検出部１０１へ導入することができ、したがって、ガス導入室１３２内のガスを速やかに置換することができる。よって、ガスセンサ１００の検出速度を向上させることができる。
また、ガス流れＦの存在する領域にガスセンサ１００の第２端部１４６を突出させると、ガス流れＦの上流側の面、すなわちガス流れＦが直に当たる面にかかる圧力は、下流側の面、すなわちガス流れＦが回り込んで到達する面にかかる圧力に比べて大きくなる。したがって、上流側の面と下流側の面とで圧力差が生じる。このため、ガス流れＦに対して上流側にガス流入口１５４を配置し、下流側にガス流出口１５６を配置することで、この圧力差を利用して、槽内ガスを中空部１４８内に円滑に導入することができる。
また、ガス流入口１５４は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して平行に延在する開口面を有し、開口面がガス流れＦの方向と交わるように配置される。これにより、ガス流入口１５４にガス流れＦを直接当てることができるため、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
さらに本実施の形態では、槽内ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に第２端部１４６が配置され、ガス流入口１５４はガス流出口１５６よりも鉛直方向上方に配置されている。これにより、槽内ガスにかかる重力を利用して上述の圧力差をより大きくすることができる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
また、ガス流入口１５４は、ガス流出口１５６よりも開口面積が大きい。これにより、第１領域１４８ａ内と第２領域１４８ｂ内とに、開口面積の差に起因する差圧を生じさせることができる（ベルヌーイの定理）。具体的には、第１領域１４８ａ内に比べて第２領域１４８ｂ内の圧力が小さくなる。したがって、第１領域１４８ａ内に比べて第２領域１４８ｂ内における槽内ガスの流速が速くなる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
また、本実施の形態に係る恒温装置１は、槽内ガスが壁面４ｂに沿って流れるように送風するファン６をさらに備える。ガスセンサ１００は、ファン６よりもガス流れＦの下流側に配置される。ファン６を設けることで、ガス流入口１５４側とガス流出口１５６側との間の圧力差をより大きくすることができる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
また、恒温装置１は、槽内ガスが流れるガス流路８をさらに備える。ガス流路８は、恒温槽４の内部空間において、壁面４ｂに沿って配置される。例えば、ガス流路８は、壁面４ｂに沿って延在する仕切り板１０と、壁面４ｂとで画成される。ガス流路８を設けることで、ガス流れＦをガスセンサ１００の第２端部１４６により確実に当てることができる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。本実施の形態では、ガス流路８の入口近傍にファン６が配置される。また、恒温装置１は、槽内ガスを恒温槽４に導入するためのガス導入管１２を有する。ガス導入管１２は、好ましくはガス導入管１２とガスセンサ１００との間にファン６が位置するように配置される。
実施の形態２に係るガスセンサ１００には、以下の変形例を挙げることができる。図４（Ａ）は、変形例１に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図４（Ｂ）は、変形例２に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。
図４（Ａ）に示すように、変形例１に係るガスセンサ１００（１００Ｈ’）では、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６の開口面が、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して交わる方向に延在する。したがって、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６は、開口面が恒温槽４におけるガス流れＦに対して略平行に延在する。ガス流入口１５４及びガス流出口１５６は、被検出ガスが通過可能な多孔質部材１６２で塞がれる。多孔質部材１６２を構成する材料としては、キャップ１５０を構成する材料と同じものが例示される。このような構成によっても、ガス流入口１５４側とガス流出口１５６側との圧力差を利用した中空部１４８への槽内ガスの導入が可能である。
図４（Ｂ）に示すように、変形例２に係るガスセンサ１００（１００Ｈ’’）は、実施の形態２と変形例１とを組み合わせた構造を有する。すなわち、ガス流入口１５４及び１５６の開口面は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して平行に延在する領域と、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して交わる方向に延在する領域とを有する。これにより、中空部１４８への槽内ガスの取り込み量を増やすことができるため、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
（実施の形態３）
図５（Ａ）は、実施の形態３に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図５（Ｂ）は、実施の形態３に係るガスセンサの第２端部側の端面を模式的に示す図である。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｉ）は、光源１０２、検出器１０４（図１参照）及びガス導入室１３２を有するガス検出部１０１と、ガス通路部１３０とを備える。ガス通路部１３０は、第１端部１４４と、第２端部１４６と、中空部１４８と、仕切り部材１５２とを有する。第１端部１４４は、ガス検出部１０１側に配置され、第２端部１４６は、恒温槽４側に配置される。ガス通路部１３０は、中空部１４８を介して被検出ガスを恒温槽４とガス検出部１０１との間で流通させる。中空部１４８は、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて流路断面積Ｎが小さくなる形状を有する。また、中空部１４８は、鉛直方向下側の表面１４８ｃが第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜する。
仕切り部材１５２は、中空部１４８を、第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの少なくとも２つの領域に区画する部材である。本実施の形態では、仕切り部材１５２によって中空部１４８が第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの２つの領域に区画されている。第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂは、それぞれ第１端部１４４から第２端部１４６にかけて延在する。
また、ガス通路部１３０は、ガス流入口１５４と、ガス流出口１５６とを有する。ガス流入口１５４は、第２端部１４６に配置されて、恒温槽４の内部空間と第１領域１４８ａとを接続する。ガス流出口１５６は、第２端部１４６に配置されて、第２領域１４８ｂと恒温槽４の内部空間とを接続する。ガス流入口１５４及びガス流出口１５６は、被検出ガスが通過可能な多孔質部材１６４で塞がれる。多孔質部材１６４を構成する材料としては、キャップ１５０を構成する材料と同じものが例示される。ガス流入口１５４及びガス流出口１５６の開口面は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して交わる方向に延在する。
また、ガス流入口１５４は、ガス流出口１５６よりも開口面積が大きい。本実施の形態では、仕切り部材１５２の第２端部１４６側の端部１５２ａが、多孔質部材１６４に埋め込まれている。そして、端部１５２ａは、ガス流入口１５４とガス流出口１５６との境界を構成する。また、仕切り部材１５２は、第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜している。これにより、開口面積の大きいガス流入口１５４と、開口面積の小さいガス流出口１５６とが形成されている。
ガスセンサ１００は、恒温槽４の壁面４ｂに設置される（図１，３（Ａ）参照）。通常、恒温槽４内には、槽内ガスの流れ（ガス流れＦ）が存在する。ガス流入口１５４は、ガス流れＦの上流側に配置され、ガス流出口１５６は、ガス流入口１５４よりもガス流れＦの下流側に配置される。さらに、第２端部１４６は、恒温槽４において被検出ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に配置される。そして、ガス流入口１５４はガス流出口１５６よりも鉛直方向上方に配置される。
恒温槽４に存在する、被検出ガスを含む槽内ガスは、ガス流入口１５４から中空部１４８内に流入し、第１領域１４８ａを第１端部１４４に向かって流れてガス検出部１０１に到達する。これにともない、ガス検出部１０１に存在する、被検出ガスを含む槽内ガスは、第２領域１４８ｂを第２端部１４６に向かって流れてガス流出口１５６から恒温槽４に流出する。
このように、仕切り部材１５２で中空部１４８を第１領域１４８ａと第２領域１４８ｂとに分割し、第１領域１４８ａにガス流入口１５４を設け、第２領域１４８ｂにガス流出口１５６を設けることで、中空部１４８内での槽内ガスの流れを整えることができる。これにより、ガスセンサ１００の検出速度を向上させることができる。
また、ガス流入口１５４は、ガス流出口１５６よりも開口面積が大きい。このため、第１領域１４８ａ内と第２領域１４８ｂ内とには、開口面積の差に起因する差圧が生じる。具体的には、第１領域１４８ａ内に比べて第２領域１４８ｂ内の圧力が小さくなる。これにより、第１領域１４８ａ内に比べて第２領域１４８ｂ内における槽内ガスの流速が速くなる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率を高めることができる。
また、仕切り部材１５２の傾斜によって、少なくとも一部において、第１領域１４８ａの流路断面積よりも第２領域１４８ｂの流路断面積の方が小さくなっている。これにより、第１領域１４８ａ内に比べて第２領域１４８ｂ内における槽内ガスの流速が速くなる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
さらに、槽内ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に第２端部１４６が配置され、ガス流入口１５４はガス流出口１５６よりも鉛直方向上方に配置されている。これにより、槽内ガスにかかる重力を利用してガス流入口１５４とガス流出口１５６とにおける圧力差を大きくすることができる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
実施の形態３に係るガスセンサ１００には、以下の変形例を挙げることができる。図６（Ａ）は、変形例３に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図６（Ｂ）は、変形例３に係るガスセンサの第２端部側の端面を模式的に示す図である。
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、変形例３に係るガスセンサ１００（１００Ｉ’）では、ガス流出口１５６の一部が塞がれることで、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６の開口面積に差が付けられている。本変形例では、ガス流出口１５６の一部を塞ぐ部材として、フィン構造を有する整流板１６６が用いられている。
整流板１６６は、第２端部１４６におけるガス流入口１５４とガス流出口１５６との間の領域から恒温槽４の内部空間に向けて突出する部材である。整流板１６６は、ガス通路部１３０側の端部が、多孔質部材１６４における第２領域１４８ｂと接する領域に埋め込まれている。これにより、ガス流出口１５６の開口面積をガス流入口１５４の開口面積よりも小さくすることができる。
また、整流板１６６は、恒温槽４の内部空間側に突出する部分によって、恒温槽４におけるガス流れＦ（被検出ガスの流れ）を規制する。恒温槽４を流れる槽内ガスの一部は、第２端部１４６の近傍を通過する際に整流板１６６に当たり、進行方向がガス流入口１５４に向けられる。したがって、整流板１６６によって槽内ガスを中空部１４８内に誘導することができる。これにより、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｊ）は、光源１０２、検出器１０４及びガス導入室１３２を有するガス検出部１０１と、ガス通路部１３０とを備える。ガス通路部１３０は、第１端部１４４と、第２端部１４６と、中空部１４８と、仕切り部材１５２とを有する。第１端部１４４は、ガス検出部１０１側に配置され、第２端部１４６は、恒温槽４側に配置される。ガス通路部１３０は、中空部１４８を介して被検出ガスを恒温槽４とガス検出部１０１との間で流通させる。中空部１４８は、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて流路断面積Ｎが小さくなる形状を有する。また、中空部１４８は、鉛直方向下側の表面１４８ｃが第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜する。
仕切り部材１５２は、中空部１４８を、第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの少なくとも２つの領域に区画する部材である。本実施の形態では、仕切り部材１５２によって中空部１４８が第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの２つの領域に区画されている。第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂは、それぞれ第１端部１４４から第２端部１４６にかけて延在する。
また、ガス通路部１３０は、ガス流入口１５４と、ガス流出口１５６とを有する。ガス流入口１５４は、第２端部１４６に配置されて、恒温槽４の内部空間と第１領域１４８ａとを接続する。ガス流出口１５６は、第２端部１４６に配置されて、第２領域１４８ｂと恒温槽４の内部空間とを接続する。ガス流入口１５４及びガス流出口１５６は、被検出ガスが通過可能な多孔質部材１６８で塞がれる。多孔質部材１６８を構成する材料としては、キャップ１５０を構成する材料と同じものが例示される。ガス流入口１５４及びガス流出口１５６の開口面は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して交わる方向に延在する。また、ガス流入口１５４は、ガス流出口１５６よりも開口面積が大きい。
本実施の形態では、光源１０２は、検出器１０４よりも鉛直方向下方に配置される。また、ガス流入口１５４は、ガス流出口１５６よりも鉛直方向下方に配置される。したがって、第１領域１４８ａは、第２領域１４８ｂよりも鉛直方向下方で延在する。ガス検出部１０１では、鉛直方向下方に配置された光源１０２の熱によってガス導入室１３２内のガスが温められる。これにより、光源１０２から検出器１０４に向かって上昇するガスの流れが発生する。ガス導入室１３２において上昇流となったガスは、第２領域１４８ｂを第２端部１４６側に進み、ガス流出口１５６から流出する。一方、第１領域１４８ａ側では、光源１０２の熱に起因するガスの上昇流によって圧力が低下する。このため、ガス流入口１５４から第１領域１４８ａに槽内ガスが流れ込む。これにより、ガス流入口１５４から中空部１４８内に流入した槽内ガスがガス検出部１０１に到達し、再び中空部１４８内を経てガス流出口１５６から流出するという、槽内ガスの循環が生まれる。
このように、仕切り部材１５２で中空部１４８を第１領域１４８ａと第２領域１４８ｂとに分割し、第１領域１４８ａにガス流入口１５４を設け、第２領域１４８ｂにガス流出口１５６を設けることで、中空部１４８内での槽内ガスの流れを整えることができる。これにより、ガスセンサ１００の検出速度を向上させることができる。また、光源１０２の熱を利用して被検出ガスを循環させているため、ガスセンサ１００の検出速度をより向上させることができる。
また、中空部１４８は、鉛直方向上側の表面１４８ｄが第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向上方に向かうように傾斜するテーパ状となっている。これにより、ガス検出部１０１からガス流出口１５６への槽内ガスの流れをより円滑にすることができる。よって、ガスセンサ１００の検出速度をより向上させることができる。また、鉛直方向上側の表面１４８ｄの傾斜は、鉛直方向下側の表面１４８ｃの傾斜よりも急である。これにより、ガスセンサ１００の大型化を抑制することができる。
また、ガス流入口１５４は、ガス流出口１５６よりも開口面積が大きい。このため、第１領域１４８ａ内と第２領域１４８ｂ内とには、開口面積の差に起因する差圧が生じる。これにより、第１領域１４８ａ内に比べて第２領域１４８ｂ内における槽内ガスの流速が速くなる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。また、仕切り部材１５２は、第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向上方に向かうように傾斜している。このため、少なくとも一部において、第１領域１４８ａの流路断面積よりも第２領域１４８ｂの流路断面積の方が小さくなっている。これにより、第１領域１４８ａ内に比べて第２領域１４８ｂ内における槽内ガスの流速が速くなる。よって、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
（実施の形態５）
図８（Ａ）は、実施の形態５に係るガスセンサを模式的に示す鉛直断面図である。図８（Ｂ）は、実施の形態５に係るガスセンサを模式的に示す水平断面図である。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態１及び２と異なる構成を中心に説明し、実施の形態１又は２と共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｋ）は、光源１０２及び検出器１０４を有するガス検出部１０１と、ガス通路部１３０とを備える。ガス通路部１３０は、第１端部１４４と、第２端部１４６と、中空部１４８と、仕切り部材１５２とを有する。第１端部１４４は、ガス検出部１０１側に配置され、第２端部１４６は、恒温槽４側に配置される。ガス通路部１３０は、中空部１４８を介して被検出ガスを恒温槽４とガス検出部１０１との間で流通させる。中空部１４８は、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて流路断面積Ｎが小さくなる形状を有する。また、中空部１４８は、鉛直方向下側の表面１４８ｃが第１端部１４４から第２端部１４６に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜する。
仕切り部材１５２は、中空部１４８を、第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの少なくとも２つの領域に区画する部材である。本実施の形態では、仕切り部材１５２によって中空部１４８が第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの２つの領域に区画されている。第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂは、それぞれ第１端部１４４側から第２端部１４６側に延在する。なお、仕切り部材１５２の両端は、第１端部１４４及び第２端部１４６まで延在していない。したがって、中空部１４８内において、第１領域１４８ａ及び第２領域１４８ｂの両端部は連通している。第１端部１４４側での第１領域１４８ａと第２領域１４８ｂとの接続面積と、第２端部１４６側での当該接続面積とは、ガス流入口１５４から流入した槽内ガスの大部分あるいは全てが第１領域１４８ａを通って第１端部１４４側に流れるように設定される。
また、ガス通路部１３０は、ガス流入口１５４と、ガス流出口１５６とを有する。ガス流入口１５４は、第２端部１４６に配置されて、恒温槽４と第１領域１４８ａとを接続する。ガス流出口１５６は、第２端部１４６に配置されて、第２領域１４８ｂと恒温槽４とを接続する。ガス流入口１５４は多孔質部材１５８で塞がれ、ガス流出口１５６は多孔質部材１６０で塞がれる。ガス流入口１５４及びガス流出口１５６の開口面は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して平行に延在する。すなわち、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６は、ガス通路部１３０の側面に配置されている。
光源１０２は、光出射面１０２ａが中空部１４８側を向くように配置される。すなわち、光源１０２は、出射する光Ｍが中空部１４８を通過するように配置される。また、検出器１０４は、受光面１０４ｅが中空部１４８側を向くように配置される。光源１０２及び検出器１０４は、光源１０２から出射される光Ｍが検出器１０４の受光面１０４ｅに直に照射されないよう、互いの位置関係が定められる。
また、ガスセンサ１００は、光反射部１０８を備える。光反射部１０８は、ガス通路部１３０の第２端部１４６に固定される。光反射部１０８は、凹面反射面１０８ａを含む。凹面反射面１０８ａは、中空部１４８を臨むように配置される。これにより、凹面反射面１０８ａは、光源１０２及び検出器１０４と対向する。凹面反射面１０８ａは例えば、赤外領域で高い反射率を有する金、アルミニウム、クロム等の金属を光反射部１０８の表面に成膜することで、形成することができる。
光源１０２から出射される光Ｍは、中空部１４８内を進行して凹面反射面１０８ａで反射され、再び中空部１４８内を進行して検出器１０４に到達する。したがって、中空部１４８は、光Ｍの通路としても機能する。中空部１４８を画成する壁面には、金属膜１１４が成膜される。金属膜１１４は、例えば、赤外領域で高い反射率を有する金、アルミニウム、クロム等からなる。金属膜１１４を設けることで、光源１０２の光が中空部１４８の壁面に吸収されることを抑制し、光源１０２から検出器１０４への導光効率を高めることができる。これにより、ガスセンサ１００の検出感度を向上させることができる。また、仕切り部材１５２は金属からなる。例えば、仕切り部材１５２は赤外領域で高い反射率を有する金、アルミニウム、クロム等からなる。また、好ましくは、仕切り部材１５２の表面には鏡面処理が施され、光Ｍの反射率が高められる。これにより、光源１０２から検出器１０４への導光効率を高めることができる。
また、ガス検出部１０１は、ブラケット１７０を有する。ブラケット１７０は、光源１０２及び検出器１０４の収容部１７２を有する。収容部１７２は、中空部１４８側に開口を有する。この開口は、蓋部材１７４によって塞がれる。好ましくは、収容部１７２の開口は、蓋部材１７４によって気密に封止される。蓋部材１７４は、光源１０２の光に対する透過性を有する材料からなる。本実施の形態では、光源１０２から赤外光が出射されるため、蓋部材１７４は、例えばゲルマニウム、シリコン、サファイア等で構成される。
ガスセンサ１００は、ガス流入口１５４及びガス流出口１５６が恒温槽４の壁面４ｂから槽内に突出するようにして、恒温槽４の壁面４ｂに設置される（図３（Ａ）参照）。ガス流入口１５４は、開口面が恒温槽４におけるガス流れＦ（すなわち、被検出ガスの流れる方向）と交わるように配置される。好ましくは、ガス流入口１５４は、開口面がガス流れＦと直交するように配置される。また、ガス流出口１５６は、ガス流れＦの方向においてガス流入口１５４とは反対側に配置される。
また、ガス流入口１５４は、ガス流れＦの上流側に配置され、ガス流出口１５６は、ガス流入口１５４よりもガス流れＦの下流側に配置される。さらに、第２端部１４６は、恒温槽４において被検出ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に配置される。そして、ガス流入口１５４はガス流出口１５６よりも鉛直方向上方に配置される。
恒温槽４に存在する槽内ガスは、ガス流入口１５４から中空部１４８内に流入し、第１領域１４８ａを第１端部１４４に向かって流れてガス検出部１０１に到達する。これにともない、ガス検出部１０１に存在する槽内ガス（蓋部材１７４に接する槽内ガス）は、第２領域１４８ｂを第２端部１４６に向かって流れてガス流出口１５６から恒温槽４に流出する。
このように、仕切り部材１５２で中空部１４８を第１領域１４８ａと第２領域１４８ｂとに分割し、第１領域１４８ａにガス流入口１５４を設け、第２領域１４８ｂにガス流出口１５６を設けることで、中空部１４８内での槽内ガスの流れを整えることができる。これにより、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率を高めることができ、ガスセンサ１００の検出速度を向上させることができる。
また、ガス流れＦの存在する領域にガスセンサ１００の第２端部１４６を突出させることで、ガス流れＦの上流側の面と下流側の面とで圧力差を生じさせることができる。ガス流れＦに対して上流側にガス流入口１５４を配置し、下流側にガス流出口１５６を配置することで、この圧力差を利用して、槽内ガスを中空部１４８内に円滑に導入することができる。
また、ガス流入口１５４は、第１端部１４４と第２端部１４６とが並ぶ方向Ｂに対して平行に延在する開口面を有し、開口面がガス流れＦの方向と交わるように配置される。これにより、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。さらに、槽内ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に第２端部１４６が配置され、ガス流入口１５４はガス流出口１５６よりも鉛直方向上方に配置されている。これにより、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
また、ガス流入口１５４は、ガス流出口１５６よりも開口面積が大きい。このため、第１領域１４８ａと第２領域１４８ｂとには、開口面積の差に起因する差圧が生じる。これにより、ガス検出部１０１への被検出ガスの導入効率をより高めることができる。
光源１０２から出射される光Ｍは、中空部１４８内を進行し、直にあるいは金属膜１１４及び仕切り部材１５２で反射されながら第２端部１０６ｂに到達する。そして、光Ｍは凹面反射面１０８ａで反射され、再び中空部１４８内を進行し、直にあるいは金属膜１１４及び仕切り部材１５２で反射されながら検出器１０４に到達する。この過程で、光Ｍは中空部１４８に充満した槽内ガスを通過する。この際、槽内ガスに含まれる被検出ガスにより所定波長の光が吸収される。検出器１０４は、光源１０２から出射された光における所定波長の光の強度（光量）を基準として、受光素子が受けた光における所定波長の光の強度（光量）に基づいて被検出ガスの存在及び濃度を検出することができる。
このように、槽内ガスが充満する中空部１４８に光Ｍを通過させて被検出ガスを検出する構成とすることで、被検出ガスの測定距離を伸ばすことができる。この結果、例えば水蒸気（Ｈ２Ｏ）等の比較的長い測定距離が必要とされるガスを、より高精度に検出することができる。また、被検出ガスが微量であっても、高精度に検出することができる。
好ましくは、中空部１４８は、第１端部１４４側の開口形状が楕円状であり、第２端部１４６側の開口形状が真円状である。また、中空部１４８は、第１端部１４４から第２端部１４６にかけて楕円から真円に近づくように徐々に変化する形状を有する。これにより、両端が真円状あるいは楕円状の中空部に比べて、光源１０２から検出器１０４への光Ｍの伝達効率を向上させることができる。
中空部１４８の第１端部１４４側を楕円状とする場合、光源１０２及び検出器１０４は、光源１０２及び検出器１０４と中空部１４８との配列方向から見て、楕円の中心（楕円の長軸と短軸との交点）を対称点とする点対称の位置に配置されることが好ましい。この場合、例えば光源１０２及び検出器１０４の任意の一部が、点対称の位置に配置される。あるいは、光源１０２の光出射面１０２ａの中心と検出器１０４の第２検出部１０４ｂの中心とが、点対称の位置に配置される。これにより、光源１０２から出射される光を検出器１０４へより集光させることができる。よって、光Ｍの伝達効率を向上させることができる。また、光源１０２及び検出器１０４は、より好ましくは楕円の長径上に配置され、さらに好ましくは光源１０２が楕円の一方の焦点上に、検出器１０４が楕円の他方の焦点上にそれぞれ配置される。これにより、光Ｍの伝達効率をより向上させることができる。
（実施の形態６）
図９は、実施の形態６に係るガスセンサを示す水平断面図である。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態１と異なる構成を中心に説明し、実施の形態１と共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｌ）は、光源１０２、検出器１０４及びガス導入室１３２を有するガス検出部１０１と、ガス通路部１３０とを備える。ガス通路部１３０は、第１端部１４４と、第２端部１４６と、中空部１４８とを有する。第１端部１４４は、ガス検出部１０１側に配置され、第２端部１４６は、恒温槽４側に配置される。ガス通路部１３０は、中空部１４８を介して被検出ガスを恒温槽４とガス検出部１０１との間で流通させる。中空部１４８は、第２端部１４６側から第１端部１４４側に近づくにつれて流路断面積Ｎが小さくなる形状を有する。
光源１０２は、基板１３６に搭載され、基板１３６上の図示しない配線パターンに電気的に接続される。また、基板１３６には、加熱素子１８０が搭載される。加熱素子１８０は、例えば通電により所定温度まで発熱する抵抗体である。加熱素子１８０は、第１蓋部材１４０の近傍に配置され、基板１３６上の配線パターンに電気的に接続される。加熱素子１８０の熱により、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２を加熱することができる。
検出器１０４は、基板１３８に搭載され、基板１３８上の図示しない配線パターンに電気的に接続される。また、基板１３８には、加熱素子１８２が搭載される。加熱素子１８２は、加熱素子１８０と同様の抵抗体で構成される。加熱素子１８２は、第２蓋部材１４２の近傍に配置され、基板１３８上の配線パターンに電気的に接続される。加熱素子１８２の熱により、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２を加熱することができる。
加熱素子１８０，１８２で第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２を加熱することで、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２に結露が生じることを抑制することができる。結露の発生を抑制することで、光源１０２から検出器１０４への導光効率の低下を抑制することができ、ガスセンサ１００の検出精度をより高めることができる。また、加熱素子１８０，１８２を用いることで、ヒータを設ける場合に比べてガスセンサ１００を小型化することができる。また、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２を局所的に加熱することができるため、ガスセンサ１００の低消費電力化が可能である。さらに、加熱素子１８０を光源１０２と同一の基板１３６に実装し、加熱素子１８２を検出器１０４と同一の基板１３８に実装することで、ガスセンサ１００の小型化や部品点数の削減が可能である。
なお、検出器１０４は、周囲の温度により出力が変動しやすい機器である。例えば、検出器１０４の一例であるサーモパイルは、その構造に起因して出力変動しやすいことが知られている。具体的には、サーモパイルで構成される検出素子は、台座と、台座から熱的に分離された薄膜部とを有する。薄膜部は、赤外線の吸収により温度が上昇する検出部として機能する。当該検出素子は、台座を冷接点、すなわち基準温度として、薄膜部と台座の温度差による起電力を検出する。このため、台座や台座に熱的に接続された配線の温度変化が、検出素子の出力に大きく影響を及ぼす。通常この出力変動への対応として、基板と検出素子との間に断熱材が配置され、基板の熱が検出素子に伝わることを抑制している。
しかしながら、本実施の形態では、加熱素子１８２により基板１３８を加熱している。このため、断熱材だけでは、熱による検出器１０４の出力変動を十分に抑制できない可能性がある。これに対し、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、加熱素子１８０及び加熱素子１８２の発熱量のバランスを調整することで、検出器１０４の出力変動を抑制できること見出した。
検出器１０４側の加熱素子１８２のみを設けた場合、検出器１０４の信号強度が時間の経過とともに減少する傾向を示す。これは、基板１３８の加熱により冷接点側の温度が上昇した結果、検出部と冷接点との温度差が減少したためと考えられる。雰囲気温度の変化に起因して検出器１０４の出力が変動した場合、時間の経過とともに冷接点と検出部との温度差の変化が解消されるため、出力変動は解消される。しかしながら、加熱素子１８２による加熱は局所的である。このため、時間が経過しても冷接点と検出部との温度差の変化は解消されにくく、出力変動は維持される傾向にある。
一方、光源１０２側の加熱素子１８０のみを設けた場合、検出器１０４の信号強度が時間の経過とともに増加する傾向を示す。これは、光源１０２側の温度上昇に起因する輻射熱によって検出器１０４の検出部が加熱され、冷接点と検出部との温度差が増大したためと考えられる。
したがって、加熱素子１８０による光源１０２側の加熱と、加熱素子１８２による検出器１０４側の加熱とを組み合わせることで、加熱素子１８０の加熱による検出器１０４の出力変動と、加熱素子１８２の加熱による検出器１０４の出力変動とを相殺することができる。例えば、加熱素子１８０及び加熱素子１８２を発熱させるとともに、加熱素子１８０の発熱量を加熱素子１８２の発熱量よりも大きくすることで、検出器１０４の出力変動を抑制することができる。これにより、安定したガス検出が可能となる。加熱素子１８０及び加熱素子１８２が検出器１０４に与える熱量は、各加熱素子１８０，１８２の配置、基板１３６，１３８やブラケット１３４の断熱性等によっても調整することができる。
本実施の形態では、基板１３６に加熱素子１８０を搭載し、基板１３８に加熱素子１８２を搭載しているが、第１蓋部材１４０及び第２蓋部材１４２の結露を抑制する上では、加熱素子１８０及び加熱素子１８２のうち一方のみが設けられる構成であってもよい。
（実施の形態７）
図１０は、実施の形態７に係る恒温装置の一部分を模式的に示す断面図である。図１１は、実施の形態７に係るガスセンサの構造を示す断面図である。本実施の形態に係る恒温装置１は、筐体２と、恒温槽４と、ガスセンサ１００（１００Ａ）とを備える。本実施の形態の恒温装置１は、一例として乾熱滅菌機能付きのＣＯ２インキュベータである。筐体２は、恒温装置１の外筐を構成する。恒温槽４は、筐体２の内部に配置される。恒温槽４には、細胞等の培養物が収容される。恒温装置１は、筐体２に設けられる図示しない外扉と恒温槽４に設けられる図示しない内扉とを介して、培養物を恒温槽４に搬入あるいは恒温槽４から取り出すことができる。恒温槽４には、二酸化炭素（ＣＯ２）等を含むガス（以下では、槽内ガスと称する）が収容される。
ガスセンサ１００は、恒温槽４内のガス（以下では、被検出ガスと称する）を検出するためのセンサである。本実施の形態における被検出ガスは、一例としてＣＯ２である。ガスセンサ１００は、被検出ガスの存在及び濃度を検出することができる。ガスセンサ１００は、検出結果を示す信号を、恒温装置１の図示しない制御部に送信する。ガスセンサ１００は、恒温槽４の内側と外側とを連通する貫通孔４ａに挿入されて、固定される。ガスセンサ１００は、一部が恒温槽４の内部に配置され、残部が筐体２と恒温槽４との間の空間に配置される。また、筐体２と恒温槽４との間の空間には、図示しない断熱材が配置される。
ガスセンサ１００は、光源１０２と、検出器１０４と、光通路部１０６と、光反射部１０８とを備える。光源１０２は、所定波長の光を出射する。本実施の形態の光源１０２は、一例として、黒体薄膜からなる熱型赤外光源であり、広い波長範囲で赤外光を出射する。赤外光源としては、高温の発熱体から赤外光が発生する熱型赤外光源が主流であり、発熱体はフィラメント、セラミック、薄膜などがある。また、光源１０２には、ＬＥＤを利用することもできる。
検出器１０４は、被検出ガスによる光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する。具体的には検出器１０４は、図示しない受光素子で光源１０２から出射される光を受けて、被検出ガスによる光の吸収に起因した光の強度変化に基づいて、被検出ガスを検出する。本実施の形態の検出器１０４は、一例として、赤外光を吸収して電気信号を出力する赤外線センサである。このような赤外線センサとしては、フォトダイオードやフォトコンダクタ等の、光電変換によって信号を出力する量子型センサや、サーモパイルや焦電型センサ等の、赤外光吸収による温度変化を電気信号に変換する熱型センサ等を例示することができる。
光源１０２及び検出器１０４は、基板１１０に搭載される。光源１０２及び検出器１０４は、基板１１０上の図示しない配線パターンに電気的に接続される。光源１０２と検出器１０４とは、光源１０２から出射される光が検出器１０４の受光面に直に照射されないよう、互いの位置関係が定められる。例えば、赤外光の出射方向において、検出器１０４の受光面が光源１０２の発光面よりも後方に配置される。基板１１０は、基板ホルダ１１２により支持される。また、検出器１０４としてサーモパイル等の熱型センサが用いられる場合、光源１０２の熱が検出器１０４に伝わることで検出器１０４の測定精度が低下する可能性がある。このため、検出器１０４と光源１０２との間には、断熱材が設けられることが好ましい。
光通路部１０６は、光源１０２から出射される光の通路である。本実施の形態の光通路部１０６は、一例として、第１端部１０６ａと、第１端部１０６ａとは反対側の第２端部１０６ｂとを有する管状部材で構成される。第１端部１０６ａには、基板ホルダ１１２が固定される。これにより、光源１０２及び検出器１０４が第１端部１０６ａ側に配置される。また、光源１０２は、出射する光が管状部材の中空部を通過するように配置される。管状部材の内側面には、金属膜１１４が成膜される。金属膜１１４は、例えば、赤外領域で高い反射率を有する金、アルミニウム、クロム等からなる。金属膜１１４を設けることで、光源１０２の光が光通路部１０６により吸収されることを抑制し、検出器１０４の受光量の低下を抑制することができる。
光通路部１０６は、第２端部１０６ｂから第１端部１０６ａとは反対方向に延出する光反射部ホルダ１０６ｃを有する。光反射部ホルダ１０６ｃは管状であり、光反射部ホルダ１０６ｃの内側に光反射部１０８が嵌め込まれる。また、光反射部ホルダ１０６ｃには、キャップ１１６が被せられる。キャップ１１６は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性の高い多孔質材料で構成される。
光反射部１０８が光反射部ホルダ１０６ｃに嵌め込まれた状態で、光反射部ホルダ１０６ｃ内における光反射部１０８と第２端部１０６ｂとの間に、空間が形成される。この空間は、ガス空間ＧＳを構成する。ガス空間ＧＳは、被検出ガスを含む槽内ガスが存在する空間であり、したがって被検出ガスの測定領域である。光反射部ホルダ１０６ｃは、ガス空間ＧＳに対応する位置に、ガスセンサ１００の外部と光反射部ホルダ１０６ｃの内部とを連通する開口部１０６ｄを有する。槽内ガスは、開口部１０６ｄを介してガス空間ＧＳに進入することができる。
したがって、光反射部１０８は、光通路部１０６の第２端部１０６ｂ側に、ガス空間ＧＳを挟んで配置される。光反射部１０８は、凹面反射面１０８ａを含む。凹面反射面１０８ａは、光通路部１０６の中空部を臨むように配置される。これにより、凹面反射面１０８ａは、光源１０２及び検出器１０４と対向する。凹面反射面１０８ａは例えば、赤外領域で高い反射率を有する金、アルミニウム、クロム等の金属を光反射部１０８の表面に成膜することで、形成することができる。
また、第２端部１０６ｂには、蓋部材１１８が設けられる。蓋部材１１８は、光通路部１０６の第２端部１０６ｂ側の開口を塞ぐ。蓋部材１１８は、光源１０２が出射する光に対する透過性を有する（すなわち、出射光の吸収率が低い）材料からなる。本実施の形態では、光源１０２から赤外光が出射されるため、蓋部材１１８は、例えばゲルマニウム、シリコン、サファイア等で構成される。蓋部材１１８が設けられることで、ガス空間ＧＳに存在する槽内ガスの光通路部１０６への進入を抑制することができる。したがって、凹面反射面１０８ａと蓋部材１１８との間の距離が、光源１０２から出射される光によって被検出ガスが測定される距離（光学距離）となる。
ガスセンサ１００は、恒温槽４の貫通孔４ａに光通路部１０６が挿通された状態で、光通路部１０６の外側面と貫通孔４ａの内側面との間にパッキン１２０が嵌め込まれることにより、恒温槽４に対して固定される。パッキン１２０は、例えばシリコーン樹脂からなる。ガスセンサ１００は、光通路部１０６の開口部１０６ｄが恒温槽４の内部に位置し、光源１０２及び検出器１０４が恒温槽４の外部に位置する。
上述した構成を備えるガスセンサ１００において、光源１０２から出射される光は、光通路部１０６及びガス空間ＧＳを経て光反射部１０８に到達する。そして、光反射部１０８の凹面反射面１０８ａにより反射されて、ガス空間ＧＳ及び光通路部１０６を経て検出器１０４に到達する。より具体的には、光源１０２の光は、第１端部１０６ａから光通路部１０６の中空部に進入し、直に、あるいは金属膜１１４で反射されながら第２端部１０６ｂに到達する。そして、蓋部材１１８を通過してガス空間ＧＳに進入する。ガス空間ＧＳを進行する光は、凹面反射面１０８ａで反射され、ガス空間ＧＳから蓋部材１１８を経て再び光通路部１０６の中空部に入射する。中空部に入射した光は、直に、あるいは金属膜１１４で反射されながら第１端部１０６ａ側に進行して、検出器１０４に到達する。
光源１０２から出射される光は、光源１０２から検出器１０４に到達する過程でガス空間ＧＳを通過する。この際、ガス空間ＧＳに存在する被検出ガスにより所定波長の光が吸収される。本実施の形態では、光源１０２から赤外光が出射され、ガス空間ＧＳに存在するＣＯ２によって波長４．２６μｍの光が吸収される。検出器１０４は、光源１０２から出射された光における波長４．２６μｍの光の強度（光量）を基準として、受光素子が受けた光における波長４．２６μｍの光の強度（光量）に基づいてガス空間ＧＳにおけるＣＯ２の存在及び濃度を検出することができる。ガスセンサ１００が検出可能なＣＯ２の濃度は、例えば０〜２０％である。
ガスセンサ１００が光通路部１０６を備えることで、光源１０２及び検出器１０４をガス空間ＧＳから離間させることができる。このため、光源１０２及び検出器１０４が槽内ガスに曝されることを回避することができる。また、恒温槽４の内部空間から光源１０２及び検出器１０４への熱の伝達を抑制することができる。これにより、光源１０２及び検出器１０４の熱による損傷を抑制することができるため、ガスセンサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。
ここで、本実施の形態の光通路部１０６の形状と、光源１０２、検出器１０４及び光反射部１０８の配置と、光通路部１０６の材質とについて、さらに詳細に説明する。
図１２（Ａ）は、第１端部１０６ａ及び第２端部１０６ｂの形状を模式的に示す図である。図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）は、光通路部１０６の形状と、光源１０２から検出器１０４への光の伝達効率との関係を示すグラフである。図１２（Ｂ）に結果が示される伝達効率の計測では、第１端部１０６ａが楕円状であり第２端部１０６ｂが真円状である第１の光通路部と、真円管状（したがって、第１端部１０６ａ及び第２端部１０６ｂがともに真円状）である第２の光通路部と、楕円管状（したがって、第１端部１０６ａ及び第２端部１０６ｂがともに楕円状）である第３の光通路部とを用意した。
そして、第１の光通路部については、第２端部１０６ｂの真円の直径を変化させた場合の直径と伝達効率との関係を計測した。楕円の長径及び短径は、それぞれ１６ｍｍ、８ｍｍに固定した。この楕円の大きさは、光源１０２の発光面と検出器１０４が有する受光素子の受光面を含む最小の大きさである。光源１０２と光反射部１０８との間、及び光反射部１０８と検出器１０４との間の光の伝達効率を除外して、第１端部１０６ａを含む平面上での伝達効率のみを考えた場合、楕円の面積が小さいほど光の伝達効率は向上する。図１２（Ｂ）において、結果は実線で示されている。また、第２の光通路部については、真円の直径を変化させた場合の直径と伝達効率との関係を計測した。図１２（Ｂ）において、結果は点線で示されている。また、第３の光通路部については、楕円の長径（直径）を変化させた場合の長径（直径）と伝達効率との関係を計測した。楕円の長径と短径の比率は、２：１に固定した。図１２（Ｂ）において、結果は破線で示されている。
図１２（Ｃ）に結果が示される伝達効率の計測では、第１端部１０６ａが楕円状であり第２端部１０６ｂが真円状である第１の光通路部と、円錐台状（したがって、第１端部１０６ａ及び第２端部１０６ｂがともに真円状）である第４の光通路部と、楕円錐台状（したがって、第１端部１０６ａ及び第２端部１０６ｂがともに楕円状）である第５の光通路部とを用意した。
そして、第１の光通路部については、第２端部１０６ｂの真円の直径を変化させた場合の直径と伝達効率との関係を計測した。図１２（Ｃ）において、結果は実線で示されている。また、第４の光通路部については、第２端部１０６ｂの真円の直径を変化させた場合の直径と伝達効率との関係を計測した。図１２（Ｃ）において、結果は点線で示されている。また、第５の光通路部については、第２端部１０６ｂの楕円の長径（直径）を変化させた場合の長径（直径）と伝達効率との関係を計測した。楕円の長径と短径の比率は、２：１に固定した。図１２（Ｃ）において、結果は破線で示されている。第１の光通路部及び第５の光通路部における第１端部１０６ａの楕円は、長径及び短径をれぞれ１６ｍｍ、８ｍｍに固定した。また、第４の光通路部における第１端部１０６ａの真円は、直径１６ｍｍに固定した。この楕円及び真円の大きさは、光源１０２の発光面と検出器１０４が有する受光素子の受光面を含む最小の大きさである。
また、図１２（Ｂ）に結果が示される計測と図１２（Ｃ）に結果が示される計測のいずれにおいても、光源１０２と検出器１０４との間の距離は１０ｍｍに固定した。また、凹面反射面１０８ａの直径は、第２端部１０６ｂの直径の変化範囲における最大値よりも十分に大きく設定した。伝達効率は、光源１０２から出射された光における波長４．２６μｍの光の光量に対する、受光素子が受けた光における波長４．２６μｍの光の光量、すなわち光源１０２から出た光が検出器１０４で受光される割合（単位は任意単位：arbitrary unit、a.u.）とした。
図１２（Ａ）に示すように、本実施の形態に係るガスセンサ１００の光通路部１０６は、第１端部１０６ａが楕円状であり、第２端部１０６ｂが真円状である。特に、第１端部１０６ａの内側面（金属膜１１４が設けられる面）が楕円状であり、第２端部１０６ｂの内側面が真円状である。また、光通路部１０６は、第１端部１０６ａから第２端部１０６ｂにかけて楕円から真円に近づくように徐々に変化する形状を有する。図１２（Ｂ）に示すように、第１端部１０６ａを楕円状、第２端部１０６ｂを真円状とした光通路部１０６は、両端が真円状あるいは楕円状の光通路部に比べて、伝達効率が向上する傾向にある。また、図１２（Ｃ）に示すように、第１端部１０６ａを楕円状、第２端部１０６ｂを真円状とした光通路部１０６は、円錐台状あるいは楕円錐台状の光通路部に比べて、伝達効率が向上する傾向にある。このため、ガスセンサ１００の精度をより向上させることができ、また検出器１０４の簡素化を図ることもできる。また、伝達効率の低下を抑えながら光通路部１０６の直径を小さくすることができる。また、図１２（Ｃ）に示される結果から、第２端部１０６ｂの面積に対して第１端部１０６ａの面積が小さい程、伝達効率が向上する傾向にあることがわかる。したがって、光源１０２及び検出器１０４の配置と、第１端部１０６ａに重なる発光面及び受光面の面積とを考慮した上で、第１端部１０６ａの面積は極力小さいことが好ましい。
図１３は、光源１０２及び検出器１０４の配置を説明するための模式図である。光通路部１０６の第１端部１０６ａが楕円状である場合、図１３に示すように光源１０２及び検出器１０４は、光源１０２及び検出器１０４と光通路部１０６との配列方向（図１０の矢印Ａ方向）から見て、楕円の中心Ｐ１を対称点とする点対称の位置に配置されることが好ましい。この場合、例えば光源１０２及び検出器１０４の任意の一部が、点対称の位置に配置される。あるいは、光源１０２の光出射部の中心Ｐ２と検出器１０４の受光面（例えば、光反射部１０８側から図１０の矢印Ａ方向で観察して見える面）の中心Ｐ３とが、点対称の位置に配置される。これにより、光源１０２から出射される光を検出器１０４へより集光させることができる。したがって、光源１０２から検出器１０４への光の伝達効率を向上させることができる。なお、楕円の中心Ｐ１は、楕円の長軸と短軸との交点である。
また、光源１０２及び検出器１０４は、より好ましくは楕円の長径上に配置され、さらに好ましくは光源１０２が楕円の一方の焦点上に、検出器１０４が楕円の他方の焦点上にそれぞれ配置される。これらにより、光の伝達効率をより向上させることができる。
図１４は、光源１０２、検出器１０４及び光反射部１０８の配置を説明するための模式図である。図１４に示すように、本実施の形態の凹面反射面１０８ａは、所定の曲率半径Ｒを有する。そして、光源１０２、検出器１０４及び光反射部１０８は、凹面反射面１０８ａと光源１０２との距離Ｌ１、及び凹面反射面１０８ａと検出器１０４との距離Ｌ２が、Ｒ×０．９≦Ｌ１，Ｌ２≦Ｒ×１．１の条件を満たすように配置される。この場合、例えば光源１０２の光出射部の任意の一部から凹面反射面１０８ａの中心Ｐ４までの距離、あるいは光出射部の中心Ｐ２から中心Ｐ４までの距離が距離Ｌ１とされる。また、検出器１０４の受光面の任意の一部から中心Ｐ４までの距離、あるいは受光面の中心Ｐ３から中心Ｐ４までの距離が距離Ｌ２とされる。
このように、距離Ｌ１，Ｌ２を凹面反射面１０８ａの曲率半径Ｒに近似させることで、光源１０２と検出器１０４とは、光が光源１０２から凹面反射面１０８ａに向かう方向あるいは凹面反射面１０８ａから検出器１０４に向かう方向（すなわち光の伝搬方向）で、凹面反射面１０８ａに対して共焦点関係となる。これにより、光源１０２の光を検出器１０４により集光させることができる。その結果、光源１０２から検出器１０４への光の伝達効率を向上させることができる。
また、光源１０２、検出器１０４及び光反射部１０８は、距離Ｌ１及び距離Ｌ２の少なくとも一方が、Ｒ×０．９以上Ｒ未満、又はＲより大きくＲ×１．１以下の条件を満たすように配置されてもよい。言い換えれば、距離Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方（これをＬと表す）は、Ｒ×０．９≦Ｌ＜Ｒ、又はＲ＜Ｌ≦Ｒ×１．１の条件を満たす。すなわち、距離Ｌ１及び／又は距離Ｌ２は、曲率半径Ｒの近傍であって且つ曲率半径Ｒと同一でない値に設定される。このように、光源１０２及び検出器１０４の少なくとも一方を凹面反射面１０８ａの焦点位置から若干ずらすことで、距離Ｌ１及び距離Ｌ２が曲率半径Ｒと同一である場合に比べて、検出器１０４の受光面における集光スポットの径を大きくする、すなわち集光スポットをぼかすことができる。これにより、光の伝達効率を確保するとともに、ガスセンサ１００を構成する各部の機械的変動等に対する検出器１０４の出力変動が大きくなることを抑制することができる。
光源１０２及び検出器１０４を、第１端部１０６ａの楕円の焦点位置に置き、且つ凹面反射面１０８ａまでの距離Ｌ１，Ｌ２を曲率半径Ｒに近づけることで、楕円面内及び光の伝搬方向のそれぞれにおいて、光源１０２及び検出器１０４を共焦点関係とすることができる。これにより、光源１０２から検出器１０４への光の伝達効率を大幅に高めることができる。
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、光通路部１０６の材質を説明するための模式図である。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）では、断熱性材料で構成される部分に模様を付している。本実施の形態の光通路部１０６は、図１５（Ａ）に示すように全体が断熱性材料で構成される。なお、光通路部１０６は、図１５（Ｂ）に示すように一部分のみが断熱性材料で構成されてもよい。この場合、第１端部１０６ａから第２端部１０６ｂまでの間のいずれかの位置で非断熱性材料が不連続となるように、断熱性材料が配置されることが好ましい。
光通路部１０６の少なくとも一部が断熱性材料で構成されることで、恒温槽４の内部空間の熱が光通路部１０６を介して光源１０２及び検出器１０４に伝達されることを抑制することができる。例えば、断熱性材料としては、恒温槽４の内部の温度が１９０℃のときに、光源１０２及び検出器１０４周辺の温度が１００℃以下になる材料が選択される。断熱性材料として熱抵抗の高い材料を選択することで、断熱効果を高めることができる。また断熱性材料としては、高温耐性樹脂が好適である。高温耐性樹脂は、金属に比べて加工が容易であるとともに、熱抵抗が高いためである。断熱性材料の具体例としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂；ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；シリコン樹脂；ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を例示することができる。なお、光通路部１０６を空洞にすることは、断熱効果を高める上で有効である。
以上説明したように、本実施の形態に係るガスセンサ１００は、光源１０２と、被検出ガスによる光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する検出器１０４と、光通路部１０６と、光反射部１０８とを備える。光源１０２及び検出器１０４は、光通路部１０６の第１端部１０６ａ側に配置され、光反射部１０８は、第１端部１０６ａとは反対側の第２端部１０６ｂ側にガス空間ＧＳを挟んで配置される。光源１０２から出射される光は、光通路部１０６及びガス空間ＧＳを経て光反射部１０８で反射され、再びガス空間ＧＳ及び光通路部１０６を経て検出器１０４によって受光される。光源１０２から出射される光に含まれる特定波長の光は、ガス空間ＧＳを通過する際に被検出ガスによって吸収される。検出器１０４は、この特定波長の光の光量変化から、被検出ガスの存在及び濃度を検出することができる。
ガスセンサ１００は、光反射部１０８側の先端部に被検出ガスの測定領域を有し、この先端部のみが、槽内ガスが充填された閉鎖空間に挿入される。光源１０２及び検出器１０４は、光通路部１０６によって被検出ガスの測定領域から離間される。これにより、槽内ガスの温度が光源１０２及び検出器１０４の耐熱温度を超える場合や、槽内ガスが充填される空間に乾熱滅菌が施される場合等、被検出ガスの測定領域の温度が高温になる場合であっても、光源１０２及び検出器１０４への伝熱を抑制することができる。このため、ガスセンサ１００の検出精度の低下を抑制することができる。また、光通路部１０６は、少なくとも一部が断熱性材料で構成される。これにより、ガスセンサ１００の検出精度の低下をより抑制することができる。
また、本実施の形態の光通路部１０６は管状部材で構成され、ガス空間ＧＳ側の第２端部１０６ｂには蓋部材１１８が設けられる。これにより、ガス空間ＧＳに存在する槽内ガスが光通路部１０６の中空部に進入することを抑制することができる。ガス空間ＧＳにある槽内ガスが光通路部１０６の内部に進入すると、光通路部１０６の内部でも被検出ガスにより光が吸収されるため、被検出ガスの検出精度が低下し得る。したがって、蓋部材１１８を設けることで被検出ガスをより高精度に検出することができる。また、光通路部１０６内に槽内ガスが流入すると、槽内ガスの対流によって、被検出ガスの濃度変化に対する検出器１０４の応答速度が低下し得る。したがって、蓋部材１１８を設けることで、被検出ガスの検出速度を向上させることができる。
また、光通路部１０６は、光源１０２及び検出器１０４が配置される第１端部１０６ａ側が楕円状であり、光反射部１０８が配置される第２端部１０６ｂ側が真円状である。これにより、光源１０２から検出器１０４への光の伝達効率を高めることができ、よってガスセンサ１００の精度を高めることができる。なお、光の伝達効率は、光路上にレンズ等の光学部材を設けることでも向上させることができる。しかしながら、光学部材の追加によって、ガスセンサ１００の部品点数が増加してしまう。また、光源１０２が赤外光を出射する場合、赤外光を透過する光学部材は高価であるため、ガスセンサ１００の製造コストが上昇する。これに対し、本実施の形態では光通路部１０６の形状を工夫することで光の伝達効率を向上させているため、ガスセンサ１００の部品点数の増加と製造コストの上昇とを抑えることができる。
また、光源１０２及び検出器１０４は、第１端部１０６ａ側の形状である楕円の中心Ｐ１を対称点とする点対称の位置に配置される。また、光反射部１０８の凹面反射面１０８ａと光源１０２との距離Ｌ１、及び凹面反射面１０８ａと検出器１０４との距離Ｌ２は、光反射部１０８の曲率半径Ｒの９０％から１１０％の範囲に含まれる。これらにより、光の伝達効率をより高めることができる。また、距離Ｌ１及び距離Ｌ２の少なくとも一方は、曲率半径Ｒの９０％から１１０％の範囲で且つ曲率半径Ｒと一致しないように設定されてもよい。これにより、光の伝達効率を確保するとともに、ガスセンサ１００の各部の機械的変動等に起因する検出器１０４の出力変動を低減することができる。
また、ガスセンサ１００を恒温装置１に搭載することで、恒温装置１の使い勝手及び性能をより向上させることができる。
（実施の形態８）
実施の形態８に係るガスセンサは、第１端部１０６ａ側の開口を塞ぐ蓋部材をさらに備える点を除き、実施の形態７と共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態７と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図１６は、実施の形態８に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｂ）は、光源１０２と、検出器１０４と、光通路部１０６と、光反射部１０８と、蓋部材１１８と、蓋部材１２２とを備える。光通路部１０６は、管状部材で構成される。光源１０２は、光が管状部材の中空部を通過するように配置される。そして、光通路部１０６の第２端部１０６ｂには、蓋部材１１８が設けられる。また、光通路部１０６の第１端部１０６ａには、蓋部材１２２が設けられる。
蓋部材１２２は、光通路部１０６の第１端部１０６ａ側の開口を塞ぐ。蓋部材１２２は、蓋部材１１８と同様に、光源１０２が出射する光に対する透過性を有する材料からなる。ガスセンサ１００が設けられる恒温装置１では、筐体２と恒温槽４との間の空間に、恒温装置１の周囲に存在する雰囲気ガスが流入する。したがって、光通路部１０６の第１端部１０６ａ側に蓋部材１２２が設けられていない場合、恒温装置１の雰囲気ガスが第１端部１０６ａ側の開口から光通路部１０６の中空部内に進入し得る。
一方、恒温装置１では、外扉及び内扉が開かれると、被検出ガスを含む槽内ガスが外部に漏れ出して雰囲気ガス中に拡散する。これにより、雰囲気ガスにおける被検出ガスの濃度は変化する。第１端部１０６ａ側の開口に蓋部材１２２が設けられていない場合、雰囲気ガス中の被検出ガスの濃度変化によって、光通路部１０６内の被検出ガスの濃度が変化し得る。光通路部１０６内の被検出ガスの濃度変化は測定誤差の要因となるため、被検出ガスの濃度を精度よく検出することが困難になる。
これに対し、本実施の形態のガスセンサ１００は、第１端部１０６ａ側の開口を塞ぐ蓋部材１２２を備える。このため、恒温装置１の雰囲気ガスが光通路部１０６の中空部へ進入することを抑制することができる。したがって、雰囲気ガス中の被検出ガスの濃度が変化した場合であっても、ガス空間ＧＳに存在する被検出ガスを、安定的且つ高精度に検出することができる。
（実施の形態９）
実施の形態９に係るガスセンサは、蓋部材１１８に代えて、第１端部１０６ａ側の開口を塞ぐ蓋部材１２２のみを備える点を除き、実施の形態７と共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態７と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図１７は、実施の形態９に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｃ）は、光源１０２と、検出器１０４と、光通路部１０６と、光反射部１０８と、蓋部材１２２とを備える。光通路部１０６は、管状部材で構成される。光源１０２は、光が管状部材の中空部を通過するように配置される。光通路部１０６の第１端部１０６ａには、蓋部材１２２が設けられる。蓋部材１２２は、光通路部１０６の第１端部１０６ａ側の開口を塞ぐ。蓋部材１２２は、蓋部材１１８と同様に、光源１０２が出射する光に対する透過性を有する材料からなる。
本実施の形態のガスセンサ１００は、蓋部材１１８を備えておらず、第２端部１０６ｂ側の開口は開放されている。このため、ガス空間ＧＳ中の槽内ガスは、第２端部１０６ｂ側の開口から光通路部１０６の中空部に進入することができる。これにより、光源１０２から出射される光がガス空間ＧＳを通過する距離、言い換えれば被検出ガスの測定距離を伸ばすことができる。この結果、例えば水蒸気（Ｈ２Ｏ）等の比較的長い測定距離が必要とされるガスを、より高精度に検出することができる。なお、光通路部１０６に進入した槽内ガスは、蓋部材１２２によって恒温装置１の外部への漏出が抑制される。
（実施の形態１０）
実施の形態１０に係るガスセンサは、仕切り部材を備える点が実施の形態８と大きく異なり、その他の点は実施の形態８と概ね共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態８と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図１８は、実施の形態１０に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。なお、図１８は、図１０におけるガスセンサ１００の観察方向に対して、光通路部１０６の管の周方向で９０度ずれた方向からガスセンサを観察した様子を図示している。また、図１８では、紙面の奥行き方向で検出器１０４よりも奥側に配置される光源１０２を破線で示している。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｄ）は、光源１０２と、検出器１０４と、光通路部１０６と、光反射部１０８と、蓋部材１１８と、蓋部材１２２と、仕切り部材１２４とを備える。光通路部１０６は、管状部材で構成される。仕切り部材１２４は、光通路部１０６の中空部を、第１領域１０６ｅと第２領域１０６ｆとに区画する。第１領域１０６ｅ及び第２領域１０６ｆは、それぞれが第１端部１０６ａ側から第２端部１０６ｂ側にかけて延在する。なお、仕切り部材１２４は、光通路部１０６の中空部を少なくとも２つの領域に区画していればよい。したがって、仕切り部材１２４によって光通路部１０６の内部が３つ以上の領域に区画されてもよい。仕切り部材１２４は、一方の端部が蓋部材１２２に当接し、他方の端部が光反射部１０８に当接する。
蓋部材１１８は、第１領域１０６ｅの第２端部１０６ｂ側の開口を塞ぐ。蓋部材１１８は、第２領域１０６ｆの第２端部１０６ｂ側の開口は塞がない。したがって、第２領域１０６ｆの第２端部１０６ｂ側の開口は開放される。第１領域１０６ｅ及び第２領域１０６ｆの第１端部１０６ａ側の開口は、蓋部材１２２で塞がれる。
光源１０２は、光が第１領域１０６ｅ及び第２領域１０６ｆを通過するように配置される。検出器１０４は、第１領域１０６ｅを通過する光を受ける第１検出部１０４ａと、第２領域１０６ｆを通過する光を受ける第２検出部１０４ｂとを有する。第１検出部１０４ａ及び第２検出部１０４ｂは、それぞれ受光素子である。
光源１０２から出射される光の一部は、蓋部材１２２、第１領域１０６ｅ及び蓋部材１１８を順に通過して光反射部１０８に到達する。そして、光反射部１０８で反射されて、蓋部材１１８、第１領域１０６ｅ及び蓋部材１２２を順に通過して第１検出部１０４ａに到達する。また、光源１０２から出射される光の他の一部は、蓋部材１２２及び第２領域１０６ｆを順に通過して光反射部１０８に到達する。そして、光反射部１０８で反射されて、第２領域１０６ｆ及び蓋部材１２２を順に通過して第２検出部１０４ｂに到達する。
槽内ガスは、開口部１０６ｄ（図１１参照）から光反射部１０８と第２端部１０６ｂとの間の空間に導入される。第１領域１０６ｅの第２端部１０６ｂ側の開口には蓋部材１１８が設けられているため、槽内ガスは第１領域１０６ｅには進入することができない。一方、第２領域１０６ｆの第２端部１０６ｂ側の開口は開放されているため、槽内ガスは第２領域１０６ｆに進入することができる。第１領域１０６ｅと第２領域１０６ｆとの境界には仕切り部材１２４があるため、第２領域１０６ｆに進入した槽内ガスは、第１領域１０６ｅへ進入することができない。
したがって、第１領域１０６ｅを通過する光については、光反射部１０８と蓋部材１１８との間の領域がガス空間ＧＳ、すなわち被検出ガスの測定領域となる。一方、第２領域１０６ｆを通過する光については、光反射部１０８と蓋部材１２２との間の領域がガス空間ＧＳとなる。よって、第１領域１０６ｅを通過する光は、被検出ガスの測定距離が相対的に短く、第２領域１０６ｆを通過する光は、被検出ガスの測定距離が相対的に長い。
このように、仕切り部材１２４によってガス空間ＧＳの延在範囲が異なる複数の領域を形成することで、１つのガスセンサ１００で複数種の被検出ガスを検出することができる。例えば、本実施の形態のガスセンサ１００によれば、ＣＯ２濃度と湿度（すなわちＨ２Ｏ濃度）とを同時に測定することができる。ＣＯ２の好適な測定距離はＨ２Ｏに比べて短く、例えば数ｍｍである。一方、Ｈ２Ｏの好適な測定距離は、例えば数ｃｍである。また、ＣＯ２の吸収波長は４．２６μｍであり、Ｈ２Ｏの吸収波長は２．５〜２．９μｍ、及び５〜７μｍである。そこで、第１領域１０６ｅを通過する光を受ける第１検出部１０４ａで、波長４．２６μｍの光の強度変化を計測する。また、第２領域１０６ｆを通過する光を受ける第２検出部１０４ｂで、波長２．５〜２．９μｍの光の強度変化を計測する。これにより、ＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度を同時に測定することができる。
（実施の形態１１）
実施の形態１１に係るガスセンサは、複数の検出部と複数の光学フィルタとを備える点が実施の形態７と大きく異なり、その他の点は実施の形態７と概ね共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態７と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図１９（Ａ）は、実施の形態１１に係るガスセンサを模式的に示す平面図である。図１９（Ｂ）は、実施の形態１１に係るガスセンサが備える検出器と光学フィルタとを模式的に示す側面図である。なお、図１９（Ａ）では、光反射部１０８及び蓋部材１１８の図示を省略している。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｅ）は、光源１０２と、検出器１０４と、光通路部１０６と、光反射部１０８（図１０参照）と、蓋部材１１８（図１０参照）と、複数の光学フィルタ１２６ａ，１２６ｂとを備える。検出器１０４は、複数の検出部１０４ｃ，１０４ｄを有する。検出部１０４ｃ及び検出部１０４ｄは、それぞれ受光素子である。検出部１０４ｃと検出部１０４ｄとは、光源１０２の中心Ｐ２と検出器１０４の中心Ｐ３とを通る直線を対称軸とする線対称の位置に配置されることが好ましい。これにより、ガスセンサ１００の各部の機械的変動や光源１０２の出力変化に起因する光の強度変化を、検出部１０４ｃと検出部１０４ｄとで相殺することができる。
複数の光学フィルタ１２６ａ，１２６ｂは、複数の検出部１０４ｃ，１０４ｄのそれぞれに対応して配置される。本実施の形態では、光学フィルタ１２６ａが検出部１０４ｃに対応して配置され、光学フィルタ１２６ｂが検出部１０４ｄに対応して配置される。各光学フィルタは、各検出部の受光面上に直接、あるいは空間を隔てて配置される。光学フィルタ１２６ａ，１２６ｂは、所定波長の光を、対応する検出部１０４ｃ，１０４ｄへ選択的に入射させる光学部材である。すなわち、各光学フィルタ１２６ａ，１２６ｂはそれぞれ所定波長の光のみを透過し、各光学フィルタ１２６ａ，１２６ｂを透過した光が検出部１０４ｃ，１０４ｄに入射する。
また、複数の光学フィルタにおいて、そのうち一部の光学フィルタは、被検出ガスによって吸収される波長の光を透過し、他の光学フィルタは、当該一部の光学フィルタが透過する光の波長とは異なる波長の光を透過する。
本実施の形態では、一例として光学フィルタ１２６ａがＣＯ２によって吸収される波長４．２６μｍの光を透過し、光学フィルタ１２６ｂが波長３．９１μｍの光を透過する。ガスセンサ１００は、検出部１０４ｄによって波長３．９１μｍの光の強度変化を検出する。そして、ガスセンサ１００は、検出部１０４ｃが検出する波長４．２６μｍの光の強度変化と検出部１０４ｄの検出結果とに基づいて、ＣＯ２の存在及び濃度を検出する。
波長３．９１μｍの光は参照光として用いられ、波長３．９１μｍの光の強度変化から、被検出ガスによる光の吸収以外の外乱に起因する光の強度変化を検出することができる。このように、一部の検出部で参照光の強度変化を検出し、この検出結果を被検出ガスの検出に用いることで、より高精度に被検出ガスを検出することができる。また、検出部１０４ｃと検出部１０４ｄとで、別々の被検出ガスを検出するように設定することもできる。これにより、１つのガスセンサ１００で複数種の被検出ガスを検出することができる。なお、検出器１０４は、３つ以上の検出部と光学フィルタとを有してもよい。
（実施の形態１２）
実施の形態１２に係るガスセンサは、検出器１０４の受光面上に光学フィルタを設けた点を除き、実施の形態７と共通の構成を有する。以下、本実施の形態に係るガスセンサについて実施の形態７と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。図２０は、実施の形態１２に係るガスセンサを模式的に示す側面図である。
本実施の形態に係るガスセンサ１００（１００Ｆ）は、光源１０２と、検出器１０４と、光通路部１０６と、光反射部１０８と、蓋部材１１８と、光学フィルタ１２８とを備える。光学フィルタ１２８は、所定波長の光を検出器１０４へ選択的に入射させる光学部材である。例えば、光学フィルタ１２８は、被検出ガスであるＣＯ２によって吸収される波長４．２６μｍの光を透過する。この結果、検出器１０４には波長４．２６μｍの光が選択的に入射される。これにより、ガスセンサ１００の検出精度をより高めることができる。
また、本実施の形態の光学フィルタ１２８は、透過させる波長帯域の変更が可能な波長可変フィルタである。これにより、１つのガスセンサ１００で複数種の被検出ガスを検出することができる。また、所定波長の光を参照光として用い、その強度変化を検出することで、より高精度に被検出ガスを検出することができる。
本発明は、上述した各実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、各実施の形態及び変形例を組み合わせたり、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などのさらなる変形を加えることも可能であり、そのように組み合わせられ、もしくはさらなる変形が加えられた実施の形態及び変形例も本発明の範囲に含まれる。上述した各実施の形態及び変形例の組み合わせ、及び上述した各実施の形態及び変形例へのさらなる変形の追加によって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態、変形例、及びさらなる変形それぞれの効果をあわせもつ。
上述した各実施の形態及び変形例では、恒温装置１としてＣＯ２インキュベータを例に挙げて説明したが、恒温装置１は、被検出ガスが充填される恒温槽４を備えるものであればよい。また、上述した各実施の形態及び変形例に係るガスセンサ１００は、高温環境下でのガス濃度の測定に好適に用いることができる。例えば、ガスセンサ１００は、排気ガスや燃焼ガス等の測定に用いることもできる。
また、被検出ガスは、ＣＯ２及びＨ２Ｏ以外の他のガスであってもよい。他の被検出ガスとしては、二酸化硫黄（ＳＯ２、吸収波長：７．３μｍ、７．３５μｍ）、三酸化硫黄（ＳＯ３、吸収波長：７．２５μｍ、７．１４μｍ）、一酸化窒素（ＮＯ、吸収波長：５．３μｍ、５．５μｍ）、一酸化炭素（ＣＯ、吸収波長：４．２μｍ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ、吸収波長：４μｍ、４．５μｍ、７．９μｍ）、二酸化窒素（ＮＯ２、吸収波長：５．７μｍ、６．３μｍ）等を例示することができる。
実施の形態１〜６において、検出器１０４には、実施の形態１１，１２のように光学フィルタを設置してもよい。光学フィルタは、所定波長の光を検出器１０４へ選択的に入射させる光学部材である。光学フィルタが選択的に透過する波長は、被検出ガスの種類に応じて決定することができる。例えば、光学フィルタは、被検出ガスであるＣＯ２によって吸収される波長４．２６μｍの光を透過する。この結果、検出器１０４には波長４．２６μｍの光が選択的に入射される。これにより、ガスセンサ１００の検出精度をより高めることができる。
また、光学フィルタは、透過させる波長帯域の変更が可能な波長可変フィルタであってもよい。これにより、１つのガスセンサ１００で複数種の被検出ガスを検出することができる。また、所定波長の光を参照光として用いてその強度変化を検出し、この検出結果を被検出ガスの検出に用いることで、より高精度に被検出ガスを検出することができる。
また、検出器１０４が複数の検出部（受光素子）を有し、各検出部に異なる波長の光を透過する光学フィルタが設けられてもよい。これにより、１つのガスセンサ１００で複数種の被検出ガスを検出することができる。また、一部の検出部で参照光の強度変化を検出し、この検出結果を他の検出部での被検出ガスの検出に用いることで、より高精度に被検出ガスを検出することができる。
上述した実施の形態７〜１２において、光通路部１０６は中実体であってもよい。これにより、蓋部材１１８，１２２を省略することができる。この場合、光通路部１０６は、蓋部材１１８と同様に光源１０２が出射する光に対する透過性を有する材料（例えば、赤外光に対するゲルマニウム、シリコン、サファイア等）で構成されることが好ましい。
１ 恒温装置、 ４ 恒温槽、 ６ ファン、 ８ ガス流路、 １００ ガスセンサ、 １０１ ガス検出部、 １０２ 光源、 １０４ 検出器、 １０４ａ 第１検出部、 １０４ｂ 第２検出部、 １０６ 光通路部、 １０６ａ 第１端部、 １０６ｂ 第２端部、 １０６ｅ 第１領域、 １０６ｆ 第２領域、 １０８ 光反射部、 １０８ａ 凹面反射面、 １１８，１２２ 蓋部材、 １２４ 仕切り部材、 １２６ａ，１２６ｂ，１２８ 光学フィルタ、 １３０ ガス通路部、 １４０ 第１蓋部材、 １４２ 第２蓋部材、 １４４ 第１端部、 １４６ 第２端部、 １４８ 中空部、 １４８ａ 第１領域、 １４８ｂ 第２領域、 １５２ 仕切り部材、 １５４ ガス流入口、 １５６ ガス流出口、 １６６ 整流板。
本発明は、ガスセンサ及び恒温装置に利用することができる。

Claims (38)

  1. 被検出ガスに向けて所定波長の光を出射する光源、及び前記光を受光し、被検出ガスによる前記光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する検出器を有するガス検出部と、
    第１端部、当該第１端部とは反対側の第２端部、及び前記第１端部から前記第２端部にかけて延在する中空部を有し、前記ガス検出部側に前記第１端部が配置され、被検出ガスの存在するガス空間側に前記第２端部が配置され、前記中空部を介して被検出ガスを前記ガス空間と前記ガス検出部との間で流通させるガス通路部と、
    を備え、
    前記中空部は、前記第２端部側から前記第１端部側に近づくにつれて流路断面積が段階的又は連続的に小さくなる形状を有し、
    前記ガス通路部は、
    前記中空部を、それぞれが前記第１端部側から前記第２端部側に延在する第１領域及び第２領域の少なくとも２つの領域に区画する仕切り部材と、
    前記第２端部に配置されて、前記ガス空間と前記第１領域とを接続するガス流入口と、
    前記第２端部に配置されて、前記第２領域と前記ガス空間とを接続するガス流出口と、
    を有し、
    前記ガス空間に存在する被検出ガスは、前記ガス流入口から前記中空部内に流入し、前記第１領域を前記第１端部に向かって流れて前記ガス検出部に到達し、前記ガス検出部に存在する被検出ガスは、前記第２領域を前記第２端部に向かって流れて前記ガス流出口から前記ガス空間に流出することを特徴とするガスセンサ。
  2. 前記ガス通路部が水平に延在するように配置される請求項１に記載のガスセンサ。
  3. 前記中空部は、鉛直方向下側の表面が前記第１端部から前記第２端部に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜する請求項２に記載のガスセンサ。
  4. 前記ガス流入口は、前記ガス流出口よりも開口面積が大きい請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  5. 前記ガス空間における被検出ガスの流れの上流側に前記ガス流入口が配置され、前記ガス流入口よりも被検出ガスの流れの下流側に前記ガス流出口が配置される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  6. 前記第２端部は、前記ガス空間において被検出ガスが鉛直方向下方に向かって流れる領域に配置され、
    前記ガス流入口は前記ガス流出口よりも鉛直方向上方に配置される請求項５に記載のガスセンサ。
  7. 前記ガス流入口は、前記第１端部と前記第２端部とが並ぶ方向に対して平行に延在する開口面を有し、前記開口面が前記ガス空間における被検出ガスの流れる方向と交わるように配置される請求項５又は６に記載のガスセンサ。
  8. 前記第２端部における前記ガス流入口と前記ガス流出口との間の領域から前記ガス空間に向けて突出し、前記ガス空間における被検出ガスの流れを規制する整流板をさらに備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  9. 前記光源と前記検出器とは、前記光源の光出射面と前記検出器の受光面とが対向するように配置される請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  10. 前記光源は、前記検出器よりも鉛直方向下方に配置され、
    前記ガス流入口は、前記ガス流出口よりも鉛直方向下方に配置される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  11. 前記中空部は、鉛直方向上側の表面が前記第１端部から前記第２端部に近づくにつれて鉛直方向上方に向かうように傾斜する請求項１０に記載のガスセンサ。
  12. 前記中空部は、鉛直方向下側の表面が前記第１端部から前記第２端部に近づくにつれて鉛直方向下方に向かうように傾斜し、
    前記鉛直方向上側の表面の傾斜は、前記鉛直方向下側の表面の傾斜よりも急である請求項１１に記載のガスセンサ。
  13. 前記ガス検出部は、
    被検出ガスが流入するガス導入室と、
    前記ガス導入室に隣接して配置され、前記光源が収容される第１収容部と、
    前記ガス導入室に隣接して配置され、前記検出器が収容される第２収容部と、
    前記光に対する透過性を有し、前記ガス導入室と前記第１収容部とを隔てる第１蓋部材と、
    前記光に対する透過性を有し、前記ガス導入室と前記第２収容部とを隔てる第２蓋部材と、を有する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  14. 前記検出器と前記第２蓋部材とは、離間して配置される請求項１３に記載のガスセンサ。
  15. 前記ガス通路部は、少なくとも一部が断熱性材料で構成される請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  16. 所定波長の光を出射する光源と、
    被検出ガスによる前記光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する検出器と、
    第１端部、及び当該第１端部とは反対側の第２端部を有し、前記光源及び前記検出器が前記第１端部側に配置され、前記光が通過する光通路部と、
    前記光通路部の前記第２端部側に、被検出ガスが存在するガス空間を挟んで配置される光反射部と、
    を備え、
    前記光源から出射される前記光は、前記光通路部及び前記ガス空間を経て前記光反射部に到達し、前記光反射部により反射されて前記ガス空間及び前記光通路部を経て前記検出器に到達し、
    前記光通路部は、前記第１端部が楕円状であり、前記第２端部が真円状であることを特徴とするガスセンサ。
  17. 前記光通路部は、管状部材で構成され、
    前記光源は、前記光が前記管状部材の中空部を通過するように配置され、
    前記光に対する透過性を有し、前記光通路部の前記第２端部側の開口を塞ぐ蓋部材をさらに備える請求項１６に記載のガスセンサ。
  18. 前記光通路部は、管状部材で構成され、
    前記光源は、前記光が前記管状部材の中空部を通過するように配置され、
    前記光に対する透過性を有し、前記光通路部の前記第１端部側の開口を塞ぐ蓋部材をさらに備える請求項１６又は１７に記載のガスセンサ。
  19. 前記光通路部は、管状部材で構成され、
    前記管状部材の中空部を、それぞれが前記第１端部側から前記第２端部側にかけて延在する少なくとも第１領域と第２領域とに区画する仕切り部材と、
    前記光に対する透過性を有し、前記第１領域の前記第２端部側の開口を塞ぐ蓋部材をさらに備え、
    前記第２領域の前記第２端部側の開口は開放され、
    前記光源は、前記光が前記第１領域及び前記第２領域を通過するように配置され、
    前記検出器は、前記第１領域を通過する光を受ける第１検出部と、前記第２領域を通過する光を受ける第２検出部とを有する請求項１６に記載のガスセンサ。
  20. 前記光通路部の前記第１端部は楕円状であり、
    前記光源及び前記検出器は、前記光源及び前記検出器と前記光通路部との配列方向から見て、楕円の中心を対称点とする点対称の位置に配置される請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  21. 前記光反射部は、所定の曲率半径Ｒを有する凹面反射面を含み、
    前記光源、前記検出器及び前記光反射部は、前記凹面反射面と前記光源との距離Ｌ１、及び前記凹面反射面と前記検出器との距離Ｌ２が、Ｒ×０．９≦Ｌ１，Ｌ２≦Ｒ×１．１の条件を満たすように配置される請求項１６乃至２０のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  22. 前記光源、前記検出器及び前記光反射部は、前記距離Ｌ１及び前記距離Ｌ２の少なくとも一方が、Ｒ×０．９以上Ｒ未満、又はＲより大きくＲ×１．１以下の条件を満たすように配置される請求項２１に記載のガスセンサ。
  23. 前記検出器は、複数の検出部を有し、
    前記複数の検出部のそれぞれに対応して配置され、所定波長の光を対応する検出部へ選択的に入射させる複数の光学フィルタをさらに備え、
    前記複数の光学フィルタのうち一部の光学フィルタは、被検出ガスによって吸収される波長の光を透過し、他の光学フィルタは、前記波長とは異なる波長の光を透過する請求項１６乃至２２のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  24. 所定波長の光を前記検出器へ選択的に入射させる光学フィルタをさらに備え、
    前記光学フィルタは、透過させる波長帯域の変更が可能な波長可変フィルタである請求項１６乃至２３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  25. 前記光通路部は、少なくとも一部が断熱性材料で構成される請求項１６乃至２４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  26. 所定波長の光を出射する光源と、
    被検出ガスによる前記光の吸収に基づいて被検出ガスを検出する検出器と、
    第１端部、及び当該第１端部とは反対側の第２端部を有し、前記光源及び前記検出器が前記第１端部側に配置され、前記光が通過する光通路部と、
    前記光通路部の前記第２端部側に、被検出ガスが存在するガス空間を挟んで配置される光反射部と、
    を備え、
    前記光源から出射される前記光は、前記光通路部及び前記ガス空間を経て前記光反射部に到達し、前記光反射部により反射されて前記ガス空間及び前記光通路部を経て前記検出器に到達し、
    前記光通路部は、少なくとも一部が断熱性材料で構成されることを特徴とするガスセンサ。
  27. 前記光通路部は、管状部材で構成され、
    前記光源は、前記光が前記管状部材の中空部を通過するように配置され、
    前記光に対する透過性を有し、前記光通路部の前記第２端部側の開口を塞ぐ蓋部材をさらに備える請求項２６に記載のガスセンサ。
  28. 前記光通路部は、管状部材で構成され、
    前記光源は、前記光が前記管状部材の中空部を通過するように配置され、
    前記光に対する透過性を有し、前記光通路部の前記第１端部側の開口を塞ぐ蓋部材をさらに備える請求項２６又は２７に記載のガスセンサ。
  29. 前記光通路部は、管状部材で構成され、
    前記管状部材の中空部を、それぞれが前記第１端部側から前記第２端部側にかけて延在する少なくとも第１領域と第２領域とに区画する仕切り部材と、
    前記光に対する透過性を有し、前記第１領域の前記第２端部側の開口を塞ぐ蓋部材をさらに備え、
    前記第２領域の前記第２端部側の開口は開放され、
    前記光源は、前記光が前記第１領域及び前記第２領域を通過するように配置され、
    前記検出器は、前記第１領域を通過する光を受ける第１検出部と、前記第２領域を通過する光を受ける第２検出部とを有する請求項２６に記載のガスセンサ。
  30. 前記光通路部は、前記第１端部が楕円状であり、前記第２端部が真円状である請求項２６乃至２９のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  31. 前記光通路部の前記第１端部は楕円状であり、
    前記光源及び前記検出器は、前記光源及び前記検出器と前記光通路部との配列方向から見て、楕円の中心を対称点とする点対称の位置に配置される請求項２６乃至３０のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  32. 前記光反射部は、所定の曲率半径Ｒを有する凹面反射面を含み、
    前記光源、前記検出器及び前記光反射部は、前記凹面反射面と前記光源との距離Ｌ１、及び前記凹面反射面と前記検出器との距離Ｌ２が、Ｒ×０．９≦Ｌ１，Ｌ２≦Ｒ×１．１の条件を満たすように配置される請求項２６乃至３１のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  33. 前記光源、前記検出器及び前記光反射部は、前記距離Ｌ１及び前記距離Ｌ２の少なくとも一方が、Ｒ×０．９以上Ｒ未満、又はＲより大きくＲ×１．１以下の条件を満たすように配置される請求項３２に記載のガスセンサ。
  34. 前記検出器は、複数の検出部を有し、
    前記複数の検出部のそれぞれに対応して配置され、所定波長の光を対応する検出部へ選択的に入射させる複数の光学フィルタをさらに備え、
    前記複数の光学フィルタのうち一部の光学フィルタは、被検出ガスによって吸収される波長の光を透過し、他の光学フィルタは、前記波長とは異なる波長の光を透過する請求項２６乃至３３のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  35. 所定波長の光を前記検出器へ選択的に入射させる光学フィルタをさらに備え、
    前記光学フィルタは、透過させる波長帯域の変更が可能な波長可変フィルタである請求項２６乃至３４のいずれか１項に記載のガスセンサ。
  36. ガスが収容される恒温槽と、
    請求項１乃至３５のいずれか１項に記載のガスセンサと、
    を備え、
    前記ガスセンサにより前記恒温槽内の前記ガスを検出することを特徴とする恒温装置。
  37. 前記ガスセンサは、前記恒温槽の壁面に設置され、
    前記ガスが前記壁面に沿って流れるように送風するファンをさらに備える請求項３６に記載の恒温装置。
  38. 前記ガスセンサは、前記恒温槽の壁面に設置され、
    前記壁面に沿って配置され、前記ガスが流れるガス流路をさらに備える請求項３６又は３７に記載の恒温装置。
JP2018512061A 2016-04-15 2017-04-13 ガスセンサ及び恒温装置 Active JP6556338B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016082426 2016-04-15
JP2016082426 2016-04-15
JP2016166233 2016-08-26
JP2016166233 2016-08-26
PCT/JP2017/015092 WO2017179648A1 (ja) 2016-04-15 2017-04-13 ガスセンサ及び恒温装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017179648A1 JPWO2017179648A1 (ja) 2019-01-31
JP6556338B2 true JP6556338B2 (ja) 2019-08-07

Family

ID=60042084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018512061A Active JP6556338B2 (ja) 2016-04-15 2017-04-13 ガスセンサ及び恒温装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10816461B2 (ja)
EP (1) EP3444591B1 (ja)
JP (1) JP6556338B2 (ja)
WO (1) WO2017179648A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10816498B2 (en) 2017-05-30 2020-10-27 Raymond Hoheisel Humidity sensor and related methods
DE102019129658A1 (de) * 2019-11-04 2021-05-06 Sick Ag Vorrichtung zur optischen In-Situ Analyse eines Prozessgases
JP2022078594A (ja) * 2020-11-13 2022-05-25 日本ピラー工業株式会社 液体センサ、及び、光導波路の製造方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4011451A (en) * 1975-07-03 1977-03-08 Waters Associates, Incorporated Novel photometric system
JPS60231140A (ja) * 1984-04-28 1985-11-16 Fuji Electric Co Ltd 光学的ガス濃度計
JPS61122545U (ja) * 1985-01-19 1986-08-01
JPH0514899U (ja) * 1991-07-31 1993-02-26 株式会社堀場製作所 ガス分析計用試料セル
DE4434814A1 (de) * 1994-09-29 1996-04-04 Microparts Gmbh Infrarotspektrometrischer Sensor für Gase
JPH09184803A (ja) * 1995-12-29 1997-07-15 Horiba Ltd 赤外線ガス分析計
JPH09229858A (ja) * 1996-02-20 1997-09-05 Horiba Ltd 赤外線ガス分析計
JPH10332585A (ja) * 1997-05-29 1998-12-18 Horiba Ltd ガスセンサ
US6307204B1 (en) * 1997-11-14 2001-10-23 Jasco Corporation UV detector for liquid chromatography
GB0213326D0 (en) * 2002-06-11 2002-07-24 Edinburgh Instr Gas sensors
EP1522849B1 (en) * 2004-01-22 2008-03-19 Agilent Technologies, Inc. Fluid analyzing cell using a cavity with pipeline
JP2007101433A (ja) * 2005-10-06 2007-04-19 Horiba Ltd ガス分析装置
US20080035848A1 (en) * 2005-12-23 2008-02-14 Wong Jacob Y Ultra-high sensitivity NDIR gas sensors
US7259374B2 (en) * 2005-12-23 2007-08-21 Airware, Inc. Method for detecting a gas species using a super tube waveguide
JP2012215396A (ja) * 2011-03-31 2012-11-08 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 赤外線ガスセンサ
WO2012161067A1 (ja) * 2011-05-20 2012-11-29 株式会社堀場製作所 測定ユニットおよびガス分析装置
KR101722013B1 (ko) * 2013-05-09 2017-03-31 가부시키가이샤 후지킨 원료 유체 농도 검출기
GB2529770B (en) * 2013-06-20 2018-08-15 Halliburton Energy Services Inc Implementation concepts and related methods for optical computing devices
WO2016002467A1 (ja) * 2014-07-03 2016-01-07 株式会社村田製作所 ガス濃度測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2017179648A1 (ja) 2019-01-31
EP3444591A1 (en) 2019-02-20
WO2017179648A1 (ja) 2017-10-19
US20190049370A1 (en) 2019-02-14
EP3444591A4 (en) 2019-03-13
EP3444591B1 (en) 2023-06-28
US10816461B2 (en) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6556338B2 (ja) ガスセンサ及び恒温装置
KR100576541B1 (ko) 비분산 적외선 가스 센서를 위한 광 공동
CN107991250B (zh) 测量单元及气体分析装置
US7541587B2 (en) Gas sensor
KR100732709B1 (ko) 집광수단이 구비된 광학적 가스 센서
EP1509759B1 (en) Gas sensors
JP6273027B2 (ja) 赤外吸収分光法を用いて試料ガス流中の少なくとも１つのガスの濃度を測定する装置
JP2013002966A (ja) 非分散型赤外ガスセンサ
JPWO2018052074A1 (ja) 吸光度計及び該吸光度計を用いた半導体製造装置
KR100732708B1 (ko) 서브 반사경이 구비된 비분산 적외선 가스 센서
JP6718023B2 (ja) ガスセンサ及び恒温装置
JPH045344B2 (ja)
JP5175654B2 (ja) 気体サンプル室、及び、この気体サンプル室を備える濃度測定装置
JP2015135251A (ja) 溶液分析計
JP2020112428A (ja) ガス分析装置
KR101746280B1 (ko) 광산란 방지 및 내화학성 향상을 위한 광 도파관 및 그 광도파관을 이용한 광학적 가스센서
KR101760031B1 (ko) 감도와 신뢰성 향상을 위한 광학적 가스 센서
JPS63121729A (ja) 液中微粒子測定装置
JP2017106794A (ja) 光測定装置
JP6137270B2 (ja) 光測定装置
JP3610855B2 (ja) 分光光度計
JP2010008292A (ja) 液体試料の比重測定装置
JP5692612B2 (ja) 半導体光源ユニットおよびシート状対象物測定装置
JP6662010B2 (ja) 光測定装置
TR2023005762U5 (tr) Yakinsak nozullar i̇le tasarlanmiş opti̇k gaz sensörü

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180920

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180920

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190702

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190709

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6556338

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250