JPH04177151A - 化学物質センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、雰囲気中の水分を検知、定量することが可能
な湿度センサ等の化学物質センサに関する。

〈従来の技術〉 湿度センサのうち、湿度を光学的に検知定量するものと
して、 光ファイバに吸湿性物質をクラッドとして設けて屈折率
の変化を利用したもの（特開昭６１−２１７７４４号、
特開昭６２−９２５５号、特開昭６２−２０４１４３号
等）、 吸湿によって変色する無機化合物等を利用したもの（特
開昭５４−８０１９０号、特開昭６１−１３９４７８号
）、 吸湿性樹脂などによる吸収係数の変化や散乱強度変化あ
るいは発色性を利用したもの（特開昭５６−６７７３８
号、特開昭５６−１１００３９号、特開昭５８−２１６
９３６号）、さらには、凹凸を有する透明体と吸湿剤と
を用いて乱反射性の変化を利用したもの（特開昭５９−
２０４７４２号）などが提案されている。

これらはいずれも吸湿性物質をセンサ素子として、その
光学的特性を直接検知するか、吸湿性物質の吸水による
光学系の変化を検知するものである。

〈発明を解決しようとする課題〉 しかし、これらの吸湿性物質は、均質な膜質をもつ薄膜
に成膜することが困難であり、温度検知精度や応答速度
に劣るという欠点がある。

また、リフレッシュが必要なものが多い。

そこで、本発明者らは、先に、化学物質感受性化合物と
色素とを含有するセンサ膜を有する化学物質センサを提
案している（特願昭６３−２１９４３４号、同６３−２
１９９２１号、同６３−２６３５０６号）。

これらの提案に示されるセンサは、親水性化合物等の化
学物質感受性化合物が被検化学物質としての水分等と結
合することによって生じるセンサ膜の光反射率変化を検
出、測定するものであり、良好な検知精度と、迅速な応
答速度が得られる。

このようなセンサでは、色素膜は、親水性化合物膜の膜
物性の変化によって始めてその反射率が変化するもので
ある。

一方、例えば親水性基を有する色素の色素膜は、それ自
体、水分と結合し、しかもそれによりその膜物性を変化
させ、反射率変化を生じる旨を見出し、色素単層膜をセ
ンサ膜とする旨を提案している（平成２年１０月２日付
の特許出願）。

このセンサは、色素を単層膜として用いるので、色素膜
と親水性化合物膜とを積層するときのように、湿度の変
化がくりかえし生じるときにも膜剥離が生じず、耐久性
、信頼性が向上する。

また、色素と親水性化合物との混合膜を用いたセンサと
比較して、色素単層膜を用いるので、反射率が向上し、
検出精度が向上する。

しかし、連続的にセンシングを行なう場合、連続的な光
照射によりセンサ膜の温度が上昇し、水分等の被検化学
物質のセンサ膜への結合度が変化してしまうことがある
。

特に湿度センサにおいては、このような変化は顕著とな
る。

本発明の主たる目的は、温度等の検知、定量が精度よく
連続的に行なえ、しかも応答が速く、素子構造が簡易で
製造が容易であり、コスト面でも有利な信頼性および耐
久性の高い化学物質センサを提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 このような目的は、下記（１）〜（４）の本発明によっ
て達成される。

（１）基体上に形成された親水性基を有する色素を含有
する色素膜と、発光素子と、受光素子と、検出回路とを
有し、 前記発光素子から発光された光を、光強度を経時的に変
化させながら、前記色素膜に照射し、化学物質量に応じ
た前記色素膜の光反射率の変化を前記受光素子および前
記検出回路によって検出し、前記化学物質を検知、定量
するように構成したことを特徴とする化学物質センサ。

（２）前記発光された光は、前記色素膜に間けつ的に照
射される上記（１）に記載の化学物質センサ。

（３）前記検出回路が交流成分検出回路部と、増幅回路
部と、出力レベルシフト回路部と、平滑回路部とを有し
、 さらに、光強度制御手段を有し、この光強度制御手段に
て、前記発光された光を、前記色素膜に照射し、 前記色素膜からの反射光を受光素子に入射させ、この反
射光の光強度に対応する電気的信号を前記検出回路にて
平滑化して検出を行なう上記（１）または（２）に記載
の化学物質センサ。

（４）前記化学物質が水であり、前記色素膜は親水性基
を有し、雰囲気中の水分量に応じた前記色素膜の光反射
率の変化を検出して、湿度を検知、定量する上記（１）
ないしく３）゛のいずれかに記載の化学物質センサ。

〈作用〉 本発明において、被検化学物質を水として湿度センサと
する場合、色素膜を構成する色素は親水性基を有し、雰
囲気中の水分と結合する。

そして、雰囲気中の水分量に応じて、色素と水分の結合
量が変化することにより、色素膜の膜厚等の膜物性が変
化しこの膜物性の変化により色素膜の光反射率が変化す
る。

この際、本発明では、色素膜への光照射を間けつ的に行
なうので、色素膜の温度上昇を抑えることができる。

このため、連続的な測定を行なった場合でも色素と水分
等の被検化学物質とが常に一定の比率で結合し、精度よ
く連続的な測定を行なうことができる。

また、本発明の検出回路は、好ましくは受光素子の電圧
減少量を検出する回路であり、交流成分検出回路部と、
増幅回路部と、出力レベルシフト部と、平滑回路部とを
有する。

そして、間けつ的に生じる受光素子の出力電圧は、検出
回路にて平滑化され、受光素子の電圧減少量の平均値、
すなわち反射光の強度の平均値に比例した出力電圧に変
換される。　このため、安定した出力が得られる。

このような検出回路を用いて連続的にセンシングを行な
う場合には、例えば、発光素子をパルス電圧で発光させ
て、センサ部への光照射を間欠的に行なう際の、パルス
発光に起因する出力変化、ノイズ等が除去でき、出力が
安定する。

この場合、パルス電圧を印加するための発振回路からの
信号を利用したサンプルホールド回路を設け、出力の安
定化を図ることも考えられるが、同期が常に安定してい
るとは限らないため、出力には、同期のタイミングのず
れ等に起因するバラツキが生じる。　加えて回路が複雑
になるため、量産上不利であり、コストもかかる。

〈具体的構成〉 以下、本発明の構成について、詳細に説明する。

本発明においては、色素膜が基体上に設層される。

本発明における色素膜は、その鏡面反射率が、特に可視
〜赤外域のいずれかの波長において、２０°以下、特に
５°の角度で測定したとき、２５℃、５０％の相対湿度
にて、１０％以上、より好ましくは２０％以上の、いわ
ゆるブロンズ光沢を有することが好ましい。

なお、反射率の上限値は、一般に６０％程度である。

また、本発明における色素膜は、２５℃、５０％の相対
湿度にてその吸収率が７０％以下、好ましくは５０％以
下であるとよく、色素膜における反射の極大波長（んＲ
、、、）が吸収の極大波長（λＡ　、、、）と異なるも
のであることが望ましく、特に、λＲｗａｘ−λＡ　ｍ
　ａ　ｘ≧５０ｒ＋ｍであることが望ましい。

このような色素膜を用いることにより、実質的に十分な
感度が得られる。　反射率が１０％未満となると、反射
率変化として検出することが困難となるからである。

２ｏ・以下の鏡面反射による反射率で測定することによ
って感度が高くなり、素子とした場合のコンパクト化を
はかることができる。

このような高反射率の色素膜を構成する色素としては、
反射率が１０％以上のものであれば特に制限はないが、
シアニン色素、アズレニウム色素、ビリリウム色素、ス
クアリリウム色素、クロコニウム色素、キノン・ナフト
キノン色素、金属錯体色素、フタロシアニン色素、ナフ
タロシアニン色素等が具体的に挙げられる。

色素膜を構成する色素は、このように高反射率を示すと
ともに、湿度センサに適用するときには、雰囲気中の水
分と結合するものである。

このためには、上記の色素骨格をもつ色素は、親水性基
を有するものである。

親水性基としては、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸
基、リン酸基、ホスホン酸基あるいはこれらの塩、水酸
基等のいずれであってもよいが、特に、カルボン酸基、
スルホン酸基等が好ましい。

これら親水性基は、色素分子中に１〜１６個程度、特に
１〜４個程度存在すればよい。

このような親水性基を有する色素は、水分と可逆的に結
合し、また水分を可逆的に離脱する。

このような親水性基を有する色素は、雰囲気中の水分と
、水分量に応じて結合し、これにより色素膜の膜物性、
特に厚みが変化して、これにより光反射率が変化する。

なお、シアニン色素などのポリメチン色素を用いるとき
は、−１項酸素クエンチャーを混合して用いてもよく、
この場合のクエンチャ−としては、金属錯体、特にＮｉ
錯体、例えばジチオール系（特にビスフエニルジチオー
ル系）のＮｉ錯体や、アミン化合物であることが好まし
い。

また、クエンチャ−のアニオンとシアニン色素カチオン
とのイオン結合体を用いてもよい。

このような色素膜は、通常色素のみから構成するが、熱
可塑性樹脂などの各種バインダーが含まれていてもよい
。

この場合、色素の含有量は６０〜１００重量％、好まし
くは９０〜１００重量％とするのがよい。

また、色素膜の厚さは、必要とする感度に応じて選択す
ればよいが、４００〜２０００人程度とする。

この他、酸性ガス、塩基性ガス等を被検化学物質とする
ときには、プロトンのやりとりをすることのできる置換
基を有する色素、具体的には各種ｐＨ指示薬として使用
されている化合物、例えばメチルオレンジ、フェノール
フタレイン、クレゾールブルー等を用いてもよい。

本発明における基体の材質に特に、制限はないが、実質
的に透明であることが好ましい。

基体の裏面側からの検知が可能となるからである。

具体的には、ガラスや、硬質塩化ビニル、ポリエチレン
テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン、ポリメチ
ルメタクリレート（ＰＭＭＡ）　、アクリル樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリサルフォン樹脂
、ポリエーテルサルフォン、メチルペンテンポリマー、
ビスフェノールＡ−テレフタル酸共重合体等の各種樹脂
などが挙げられる。

このような基体の形状は特に制限はないが、通常、板状
、フィルム状とする。

本発明の化学物質センサを製造するには、基体上に、調
製して、これを塗布すればよい。

塗布はスピンコード、ディッピング、スプレーコート等
によればよい。

塗布液の調製に際して用いる溶媒は、色素が可溶なもの
であれば特に制限はない。

具体的には、ケトアルコール系、エーテル系、ケトン系
、エステル系、芳香族系、ハロゲン化アルキル系、水、
アルコール等が挙げられる。

また、塗膜を形成した後、親水性基と塩形成しているプ
ラスのカウンターイオン、例えばＮａ等をＣａ、Ｆｅ等
の２価以上のカチオン等に塩交換して不溶性としてもよ
い。

本発明においては、色素膜は蒸着によって形成してもよ
い。

このとき適用できる色素としては、フタロシアニン色素
、ナフタロシアニン色素、スクアリリウム色素、クロコ
ニウム色素等が挙げられる。

このような色素膜の膜面ば、通気性保護板でエアーサン
ドイツチ化してもよく、膜面に通気性保護板を設置して
もよい。

このように、基体に色素膜を形成後、必要に応じ、これ
を所望の寸法に打ち抜いたり、切断したりしてセンサが
作製される。

なお、基体にガラスファイバを用い、その端面に色素膜
を形成してもよい。

このようなセンサは、空気中の水分をｐＩ）ｂ〜１００
％の範囲で測定することが可能となる。

本発明の湿度センサの１例が第１図に示される。

このものでは、透明な基体１１上に、色素膜１２が形成
されており、基体１１の裏面側には、発光素子２１と受
光素子３１とが設置されており、これらがケーシング４
０内に一体的に収納されている。

そして、発光素子２１からの光を基体１１の裏面から入
射し、このときの光の鏡面反射率を、基体１１裏面に設
けた受光素子３１によってとらえ、この反射率の変化か
ら水分を検知、定量する。

本発明における発光素子２１の発光する光の波長は、可
視〜赤外域のいずれかの波長である。

発光素子２１としては、特に制限はないが、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）　、レーザダイオード（ＬＤ）等である
ことが好ましい。

また、受光素子３１としても特に制限はないがフォトダ
イオード、フォトトランジスタ等であることが好ましい
。

本発明では、発光素子２１から発光された光のセンサ膜
への照射は、間けつ的に行なわれる。　照射を間けつ的
に行なうことにより、センサ膜の温度上昇を抑えること
ができる。　このため、水分と色素膜との結合が熱によ
って影響されにく（なり、特に連続的な測定に際しての
測定精度が顕著に向上する。

照射を間けつ的に行なう際の照射時間に特に制限はない
が、反射率が測定可能な範囲でできるだけ短（設定する
ことが好ましく、例えば０．０１〜１００　ｍ５ｅｃ程
度である。

また、照射間隔にも特に制限はないが、センサ膜の温度
上昇を避けるためには、必要とされる測定間隔を満足す
る範囲で可能な限り長（設定することが好ましい。

例えば、通常の湿度センサとして用いる場合、照射間隔
は０．１〜１０ＩＩＩｓｅｃ程度である。

なお、照射が間けつ的に行なわれれば本発明の効果は実
現するため、間けっ的照射を行なう手段等に特に制限は
ない。

例えば、発光素子への通電を間けっ的に行なうことによ
り発光光を直接制御してもよい。

また、連続発光光を、チョッパープレート等を介してセ
ンサ膜に照射するような間接的制御により、間欠的な照
射を行なうこともできる。

さらに、これらのいずれの方法においても、照射とその
休止とを交互に繰り返すパターンに限らず、照射光強度
を変化させるように制御を行なってもよい。　このよう
な場合も本発明に含まれる。　すなわち、本発明で間け
っ的な照射を行なうのは、センサ膜の温度上昇を抑制す
るためであるので、このような場合でも本発明の効果は
実現する。

第２図には本発明の光学的センシング回路の好適例が示
される。

本発明の光学的センシング回路は、電源回路６、発光部
２、センサ部１、受光部３および検出回路７を有する。

電源回路６は、発光部の発光時間、発光間隔、発光強度
等を制御でき、照射光の光強度を経時変化させつる光強
度制御回路部を有するものである。

図示例の電源回路６は、発振回路部６１と、ドライバ回
路部６３とから成る光強度制御回路部を有し、発振回路
部６１の前段の端子８１．８３間には直流電源が設けら
れている。

この場合、直流電源は、シングルモードでもデュアルモ
ードでもよいが、図示例ではシングルモード直流電源を
用い、端子８１に接続し、端子８３を接地している。

なお、電源電圧には特に制限がな（、通常５〜３０ボル
ト程度とすればよい。

発振回路部６１は、発振器６１１、トランジスタ６１３
、抵抗器および両極性コンデンサにて構成され、ドライ
バ回路部６３は、トランジスタ６３１および抵抗器にて
構成される。

そして、トランジスタ６１３と６３１とは、エミッタと
エミッタ間、コレクタとベース間にて接続されている。

な右、トランジスタにかえて、ＦＥＴ等の各種スウィッ
チング素子を用いてもよい。

ドライバ回路部６３には発光部２が接続されている。

この場合、図示例では発光ダイオード （ＬＥＤ）２１にて発光部２を構成しているが、このほ
か、レーザダイオード（ＬＤ）等の各種発光素子やこれ
らを用いた発光回路等にて構成してもよい。

このような構成にて、発振器６１１がら発振信号、例え
ば矩形状のパルス信号をトランジスタ６１３のベースに
印加すると、トランジスタ６１３のエミッタ・コレクタ
間には、パルス信号に応じて電流が流れる。

また、トランジスタ６１３のオン・オフに伴なって、ト
ランジスタ６３１のベースには、トランジスタ６１３と
は反対のパルス信号が印加される。

すなわち、トランジスタ６３１と６１３は、互いにオン
、オフ動作が逆になる。

そして１発光部２およびトランジスタ６３１のエミッタ
・コレクタ間にほぼ矩形状のパルス電流が流れ、発光部
２は、パルス電流によって、間けつ的に発光する。

第３図には、発光部２、すなわち発光ダイオード２１の
電圧の時間変化が示される。

図中、電圧が降下している時間ｔ６〜１．に電流が流れ
、発光ダイオード２１が発光し、センサ部１への間けつ
照射が行なわれる。

この場合、照射を間けつ的に行なう際の照射時間に特に
制限はないが、反射率が測定可能な範囲でできるだけ短
く設定することが好ましく、上記のとおり、０．　０１
＝１００ｍ５ｅｃ程度である。

また、照射間隔にも特に制限はないが、例えば、通常の
湿度センサとして用いる場合、照射間隔は、上記のとお
り、０．１〜１０　ｍ５ｅｃ程度である。

なお、照射とその休止とを交互に繰り返す間欠照射に限
らず、照射光強度が経時変化するように制御を行なって
もよい。　このような場合も本発明に含まれる。

ただし、センサ部１の色素膜の温度上昇をより一層防止
でき、しかも制御が容易である点で前記のとおり、間け
つ的に光照射を行なうことが好ましい。

また、本発明では、この他、上記のとおり、連続発光光
を、チョッパープレート等を介してセンサ部１に照射す
るような間接的制御により、間けつ的な照射を行なうこ
ともでき、各種の光強度制御手段の形態が可能である。

検出回路７には、受光部３が接続されている。

受光部３は、フォトトランジスタ３１にて構成されてい
るが、これに限定されるものではな（、このほか、フォ
トダイオード等の各種受光素子やこれらを用いた受光回
路等にて構成してもよい。

なお、前記の発光部２および受光部３は、受光発光素子
等を用いて一体的に構成してもよい。

また、本発明では、第９図に示されるように、受光部２
とセンサ部ｌおよび受光部３とセンサ部１は、それぞれ
、光ファイノ＜５５＆ごて光学的に連結されていること
もできる。

このような構成とすることにより、発光部２および受光
部３とセンサ部１とを分離して配置することが可能とな
る。

このため、測定空間にはセンサ部１だけを配置すること
ができ、また、センサ部１と発光部２および受光部３と
の間の情報伝達は光により行なわれるため、強電界下や
電気的ノイズの発生が多い条件下においても信頼性の高
し）測定が可能である。

また、このため、可燃性ガス中において使用された場合
でも、発火や爆発の危険性がない。

検出回路７は、交流成分検出回路部７１、増幅回路部７
３、出力レベルシフト回路部７５および平滑回路部７７
を順次有する。

交流成分検出回路部７１は、次段の増幅回路部７３にて
反射光の光強度に対応する信号、すなわち発光部３の電
圧減少量を増幅させる際、直流成分によって、トランジ
スタ７３１がオン状態になるのを防止するために設けら
れる。

交流成分検出回路部７１は、直列結合した両極性コンデ
ンサ７１１と、抵抗器７１３とで構成されている′。

また、増幅回路部７３は、トランジスタ７３１と抵抗器
とで構成され、トランジスタ７３１をエミッタ接地した
反転増幅回路を形成している。　この場合、前記交流成
分検出回路部７１の出力端は、トランジスタ７３１のベ
ースに接続している。

なお、増幅回路部７３は、このほか、正相増幅回路や、
これらを組み合わせた多段式のものであってもよい。

出力レベルシフト回路部７５は、前段の増幅回路部７３
にて増幅された出力電圧をそのまま平滑化した場合、プ
ラス側の電圧とマイナス側の電圧とが打ち消し合って零
になるのを防止するために設けられる。

出力レベルシフト回路部７５は、両極性コンデンサ７５
１と、ダイオード７５３とで構成され、前記トランジス
タ７３１のコレクタと、コンデンサ７５１とが接続して
いる。

そして、コンデンサ７５１の他端には、ダイオード７５
３が接続され、ダイオード７５３の他端は、接地されて
いる。

平滑回路部７７は、抵抗器および両極性コンデンサ７７
１で構成される第１の積分回路と、抵抗器および両極性
コンデンサ７７３で構成される第２の積分回路とを有し
、第２の積分回路の後段に、コンデンサ７７３と並列に
抵抗器を接続して構成される。

なお、図示例の２段式の構成のほか、１段式あるいは３
段式以上の構成としてもよいが、より一層平滑化された
出力が得られる点で２段式以上が好ましい。

このような構成にて、光照射によりセンサ部１から反射
した光は、受光部３に入射し、反射光の光強度に応じた
電流が受光部３に流れる。

この結果、受光部３の電圧すなわち、フォトトランジス
タ３１のコレクタ・エミッタ間の電圧は、反射光の光強
度に応じて減少する。

第４図には、フォトトランジスタ３１のコレクタ・エミ
ッタ間の電圧の時間変化が示される。

図中、前記発光ダイオード２１に流れる電流が零になる
時間ｔ１にて、電圧値がもとにもどらないのは、発光ダ
イオード２１が残留発光しているためである。

交流成分検出回路部７１では、コンデンサ７１１！：Ｊ
：ｒｌ、直流成分がカットされ、交流成分のみが取り出
される。

この結果、端子９１．８３間の出力電圧は、第５図に示
されるように、下側（低電圧側）にシフトする。

反転増幅回路にて構成される増幅回路部７３では入力電
圧を反転増幅する。

端子９１．８３間の出力電圧は、第６図に示されるよう
な波形となる。

出力レベルシフト回路部７５では、コンデンサ７５１お
よびダイオード７５３によって、構成されるクランプ回
路により、最も小さい電圧が零となるように電圧値をシ
フトさせる。

この結果、端子９５．８３間の出力電圧は、第７図に示
されるように上側（高電圧側）にシフトする。

平滑回路部７７では、チャージをコンデンサ７７１へ一
度充電した後、放電し、さらにコンデンサ７７３でも同
様に充放電して出力する。

この結果第７図に示されるパルス状の電圧波形が平滑化
し、端子９７．８３間の出力電圧は、第８図に示される
ように、はぼ直線状の安定したものになる。

なお、検出回路７の各回路部７１．７３．７５および７
７は、それぞれ、図示例に限定されるものではなく、こ
れらと電気回路的に等価なものや、前述したものと同様
の作用が実現するものであればよい。

検出回路７の平滑回路部７７の後段には、通常、第１図
に示されるように増幅回路部７８が形成されている。

増幅回路部７８の構成には特に制限がなく、公知の増幅
器７８１を用いる構成とすればよい。

また、増幅回路部７８の後段には、通常、ゼロ調整のた
め、図示されるように出力用回路部７９が形成されてい
る。

出力用回路部７９の構成には特に制限がなく、公知の構
成とすればよい。

このような構成にて最終的な出力電圧が端子８５．８７
から得られる。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。

実施例１ 色素として を用い、この２ｗｔ％メタノール溶液をガラス板（５０
Ｘ５０Ｘ１ｍｍ）上に塗布し、０．０８）Ｉ１１厚の色
素膜を形成した。

これを用いて、第９図に示される構成のセンサを組立て
た。

色素膜が形成されたガラス基体を、長さ５０ｃｍ、直径
３ｍｍの光ファイバ（三菱レイヨン製エスカＣＫ−１２
０）の一方の端面に、アクリル系接着剤により接着した
。

また、光ファイバの他方の端面ば、鏡面加工を施した板
に押しつけて加熱することにより直径４ｍｍとし、同時
に平滑化した。

この他方の端面に、発光部２の発光ダイオード２１（発
光光の波長９１０　ｒ＋ｍ）および受光部３のフォトト
ランジスタ３１を、アクリル系接着剤により接着した。

また比較のために、交流成分検出回路部７１、増幅回路
部７３、出力レベルシフト回路部７５および平滑回路部
７７を有しない光学的センシング回路やサンプルホール
ド回路を設けた光学的センシング回路を用いたほかは同
様の第８図に示される湿度センサ装置を組み立てた。

このようにして作製した本発明および比較用の湿度セン
サを用い、発光ダイオードを、発光時間０．１ｍ５ｅｃ
、発光間隔０．９ｍ５ｅｃにて作動させ、３３％ＲＨの
雰囲気中で２０分間の連続湿度測定を行なった。

相対湿度と、センサの出力電圧との関係を第１０図に示
す。

この結果から測定の濃度範囲が広（、また直線性も良好
であることがわかる。

また、比較用の湿度センサ装置にて検出された出力電圧
にはバラツキが生じていたのに対し、本発明の湿度セン
サ装置にて検出された出力電圧は安定していた。

この実験から、本発明の効果が明らかである。

また、比較のために、発光素子を連続発光させた他は上
記と同様にして湿度を測定した。

結果を第１２図に示す。　なお、第１２図において、縦
軸は出力電圧の相対値を表わす。

第１２図に示されるように、間けつ照射の場合のセンサ
の出力電圧の変化は２％以下であったが、連続照射の場
合、センサの出力電圧は２０％減少した。

この実験から、本発明の効果が明らかである・ 実施例２ 基体として透明ＰＥＴ（帝人製、０．２ｍｍ厚）、また
色素として、テトラスルホン酸フタロシアニン銅を用い
て、実施例１と同様にしてセンサ膜を形成し、センサを
組立て実施例１と同じ発光条件で温度の測定を行ったと
ころ、第１１図に示されるような出力変化を得た。

実施例１と同様に良好な結果が得られることがわかる。

〈発明の効果〉 本発明の湿度センサでは、湿度センシング膜を単層の色
素膜から構成する。

このため、きわめて均一かつ均質な薄膜が得られ、セン
サとしての応答が速く、反射率を高（安定に保てるので
検出精度がきわめて高い。

さらには、測定できる湿度範囲も広く、その直線性も良
好である。

そして、色素単層膜であるため、信頼性、耐久性にすぐ
れる。

本発明では、また、センサ部へ、光強度を経時変化させ
ながら光を照射、特に、光を間けっ的に照射する。

このため、センサ部のセンサ膜の温度上昇が抑えられ、
精度よく連続的な測定を行なうことかできる。

そして、本発明では、検出回路により、反射光強度の変
化、例えばパルス発光等に起因する出力変化やノイズ等
を除去できる。

このため安定した出力が得られる。

加えて、素子構成がきわめて簡単でコンパクトであり、
その製造も容易である。

さらに、基体裏面側からの検出が可能となり、発光素子
や受光素子を、湿度雰囲気非接触にできるため、この点
からも耐久性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１例としての湿度センサの断面図で
ある。 第２図は、本発明の化学物質センサの光学的センシング
回路の１例が示される回路図である。 第３図は、第２図における発光ダイオード２１の電圧の
経時変化が示される電圧波形のグラフである。 第４図は、第２図におけるフォトトランジスタ３１のコ
レクタ・エミッタ間の電圧の経時変化が示される電圧波
形のグラフである。 第５図は、第２図における端子９１．８３間の電圧の経
時変化が示される電圧波形のグラフである。 第６図は、第２図における端子９３．８３間の電圧の経
時変化が示される電圧波形のグラフである。 第７図は、第２図における端子９５．８３間の電圧の経
時変化が示される電圧波形のグラフである。 第８図は、第２図における端子９７．８３間の電圧の経
時変化が示される電圧波形のグラフである。 第９図は、本発明の光学的センシング回路のセンサ部と
発光部、センサ部と受光部の光学的連結方法の１例が示
される側面図である。 第１０図および第１１図は、それぞれ本発明の１例とし
ての湿度センサの相対湿度と出力電圧との関係を示すグ
ラフである。 第１２図は、間けつ照射時および連続照射時のそれぞれ
の照射時間と出力電圧との関係を示すグラフである。 符号の説明 １・・・センサ部 １１・・・基体 １２・・・色素膜 ２・・・発光部 ２１・・・発光素子 ３・・・受光部 ３１・・・受光素子 ４０・・・ケーシング ６・・・電源回路 ６１・・・発振回路部 ６１１・・・発振器 ６３・・・ドライバ回路部 ６１３．６３１．７３１・・・トランジスタ７・・・検
出回路 ７１・・・交流成分検出回路部 ７１１．７５１，７７１．７７３ ・・・両極性コンデンサ ７１３・・・抵抗器 ７３．７８・・・増幅回路部 ７５・・・出力レベルシフト回路部 ７５３・・・ダイオード ７７・・・平滑回路部 ７８１・・・増幅器 ７９・・・出力用回路部 ８１．８３．８５．８７．９１．９３．９５．９７・・
・端子 出　願　人　ティーデイ−ケイ株式会社代　　理　　人
　　弁理士　　　石　　井　　陽　　−同　　　　　弁
理士　　　増　　１）　達　　哉Ｆ　工　Ｇ、１ ４０　　　　　　１１　　　’１２ Ｆ工Ｇ−３ Ｆ工Ｇ−４ Ｆ工Ｇ−Ｓ Ｆ　Ｉ　Ｃ，６ Ｆ　工　Ｃ，７ Ｆ　工Ｇ−８ 日寸用困 Ｆ　工（、９ Ｆ　工　Ｇ、　　１０ Ｆ　工　Ｇ、　　１１ ／％ＲＨ ＦＩｏ、１２ 晴　間（分） 手続ネ甫正書（方式） ％式％ ２、発明の名称 化学物質センサ ３、補正をする者 代表者　佐　藤　　　博 ４、代理人 天神弥栄興産ビル３階

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体上に形成された親水性基を有する色素を含有
   する色素膜と、発光素子と、受光素子と、検出回路とを
   有し、 前記発光素子から発光された光を、光強度を経時的に変
   化させながら、前記色素膜に照射し、化学物質量に応じ
   た前記色素膜の光反射率の変化を前記受光素子および前
   記検出回路によって検出し、前記化学物質を検知、定量
   するように構成したことを特徴とする化学物質センサ。
2. （２）前記発光された光は、前記色素膜に間けつ的に照
   射される請求項１に記載の化学物質センサ。
3. （３）前記検出回路が交流成分検出回路部と、増幅回路
   部と、出力レベルシフト回路部と、平滑回路部とを有し
   、 さらに、光強度制御手段を有し、この光強度制御手段に
   て、前記発光された光を、前記色素膜に照射し、 前記色素膜からの反射光を受光素子に入射させ、この反
   射光の光強度に対応する電気的信号を前記検出回路にて
   平滑化して検出を行なう請求項１または２に記載の化学
   物質センサ。
4. （４）前記化学物質が水であり、前記色素膜は親水性基
   を有し、雰囲気中の水分量に応じた前記色素膜の光反射
   率の変化を検出して、湿度を検知、定量する請求項１な
   いし３のいずれかに記載の化学物質センサ。