JP7414665B2 - ガス分析装置 - Google Patents
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Description
そこで、小型化を図ることができ、且つ、光路長の調整が容易なガス分析装置の開発が望まれていた。
図2は、図1におけるガス分析装置1のA-A線方向の模式断面図である。
図1および図2に示すように、ガス分析装置1には、ベース10、光学部20、窓30、および、光路長制御部40を設けることができる。
光学部20は、ホルダ21、投光部22、および受光部23を有することができる。
ホルダ21は、板状を呈し、一方の端面21aに開口する凹部21bを有することができる。ホルダ21の平面形状および平面寸法は、例えば、ベース10の平面形状および平面寸法と同じとすることができる。
そこで、本実施の形態に係る窓30は、中赤外領域の光に対する屈折率が異なる複数種類の膜を積層した積層膜とすることができる。例えば、図2に示すように、窓30は、ベース10の、凹部11が開口する側に設けられ、第1の膜31と、第1の膜31とは屈折率が異なる第2の膜32と、が積層された積層膜とすることができる。
すなわち、本実施の形態に係る窓30とすれば、膜の材質(屈折率)、厚み、および積層数の少なくともいずれかを選択することで、成分の濃度に適した反射率を得ることができる。
図1および図2に示すように、光路長制御部40は、ベース10と窓30との間に設けることができる。光路長制御部40は、厚みが制御可能なものとすることができる。光路長制御部40は、例えば、圧電素子とすることができる。
まず、ガス源などから、凹部11の内部にガス100が導入される。
次に、投光部22が、例えば、中赤外領域の光を、窓30を介して凹部11の内部に照射する。凹部11の内部に光が照射されると、前述したように、凹部11の内部に定在波が形成される。ガス100に含まれている分子に光が照射されると、光のエネルギーを吸収して、分子振動、回転等が励起される。そのため、光強度が減少する。
測定が終了したガス100は、凹部11の内部から外部に排出することができる。
すなわち、本実施の形態に係るガス分析装置1とすれば、小型化を図ることができ、且つ、光路長の調整を容易とすることができる。
図3は、他の実施形態に係る窓30aを例示するための模式断面図である。
図3に示すように、窓30aは、第1の膜31、第2の膜32、および光学要素33を有することができる。例えば、窓30aは、前述した窓30に光学要素33をさらに設けたものとすることができる。
なお、光学要素33は、投光部22と、凹部11の側壁11aとの間、および、受光部23と、凹部11の側壁11bとの間の少なくともいずれかに設けることができる。この場合、光学要素33が、投光部22と、凹部11の側壁11aとの間、および、受光部23と、凹部11の側壁11bとの間に設けられていれば、分析の精度をさらに向上させることができる。
まず、図4(a)に示すように、第1の膜31および第2の膜32を含む積層膜の上に、光学要素33を形成するための膜33aを成膜する。膜33aは、例えば、リンとボロンがドープされたSiO2などから形成することができる。
次に、膜33aの上にマスク33bを形成する。マスク33bは、例えば、レジストマスクとすることができる。マスク33bは、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。
次に、マスク33bを除去する。マスク33bの除去は、例えば、ドライアッシングやウェットアッシングなどにより行うことができる。
図5は、他の実施形態に係る光学部20aを例示するための模式断面図である。
光学部20aは、ホルダ21、投光部22、受光部23、および、冷却部24を有することができる。例えば、光学部20aは、前述した光学部20に冷却部24をさらに設けたものとすることができる。
図6は、他の実施形態に係るガス分析装置1aを例示するための模式断面図である。
図6に示すように、ガス分析装置1には、ベース10、光学部120、窓30、および、光路長制御部40を設けることができる。
光学部120は、ホルダ21、および投受光部122を有することができる。すなわち、光学部120は、窓30の、ベース10側とは反対側に設けられ、投受光部122を有する。
Claims (6)
- 板状を呈し、一方の面に開口する凹部を有するベースと、
前記ベースの、前記凹部が開口する側に設けられ、第1の膜と、前記第1の膜とは屈折率が異なる第2の膜と、が積層された窓と、
前記窓の、前記ベース側とは反対側に設けられ、投光部と、受光部と、を有する光学部と、
前記ベースと、前記窓と、の間に設けられ、厚みが制御可能な光路長制御部と、
を備え、
前記凹部は、
前記ベースの、前記凹部が開口する面に対して傾斜している第1の側壁と、
前記第1の側壁と対峙し、前記凹部が開口する面に対して傾斜している第2の側壁と、
を有し、
前記第2の側壁の傾斜方向は、前記第1の側壁の傾斜方向とは反対であり、
前記投光部は、前記第1の側壁に光を照射可能であり、
前記受光部は、前記第2の側壁により反射された光を電気信号に変換可能であるガス分析装置。 - 前記投光部は、量子カスケードレーザ素子である請求項1記載のガス分析装置。
- 前記受光部は、量子型光電素子、または、量子カスケードレーザ素子を面発光型にしたPC-QCL(Photonic Crystal-Quantum Cascade Laser)素子である請求項1または2に記載のガス分析装置。
- 板状を呈し、一方の面に開口する凹部を有するベースと、
前記ベースの、前記凹部が開口する側に設けられ、第1の膜と、前記第1の膜とは屈折率が異なる第2の膜と、が積層された窓と、
前記窓の、前記ベース側とは反対側に設けられ、投受光部を有する光学部と、
前記ベースと、前記窓と、の間に設けられ、厚みが制御可能な光路長制御部と、
を備え、
前記凹部は、
前記ベースの、前記凹部が開口する面に対して傾斜している第1の側壁と、
前記第1の側壁と対峙し、前記凹部が開口する面に対して傾斜している第2の側壁と、
を有し、
前記第2の側壁の傾斜方向は、前記第1の側壁の傾斜方向とは反対であり、
前記投受光部は、前記第1の側壁に光を照射可能であり、前記光の照射を停止した後に、前記第1の側壁からの反射光を電気信号に変換可能であるガス分析装置。 - 前記投受光部は、量子カスケードレーザ素子を面発光型にしたPC-QCL(Photonic Crystal-Quantum Cascade Laser)素子である請求項4記載のガス分析装置。
- 前記光路長制御部は、圧電素子である請求項1~5のいずれか1つに記載のガス分析装置。
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