JPH07119690B2 - 光学式ガス検知装置 - Google Patents
光学式ガス検知装置Info
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- JPH07119690B2 JPH07119690B2 JP1063494A JP6349489A JPH07119690B2 JP H07119690 B2 JPH07119690 B2 JP H07119690B2 JP 1063494 A JP1063494 A JP 1063494A JP 6349489 A JP6349489 A JP 6349489A JP H07119690 B2 JPH07119690 B2 JP H07119690B2
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- gas
- gas detection
- light emitting
- optical
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- 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
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
- G01N21/643—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" non-biological material
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- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、Ｊ−会合体構造を有する有機色素薄膜を感ガ
ス体として用いた光学式ガス検出装置に関する。
ス体として用いた光学式ガス検出装置に関する。
従来の技術 従来のガス検知装置は、接触燃焼式又は半導体式のもの
が主流を占めていた。近年、オプロロード等、光を利用
したガス検知装置が提案され、幾つかの応用例も出現し
ている（特開昭62−35246号公報参照）。更にまた、あ
る種の有機色素分子は、酸化性又は還元性ガスとの間
で、ある程度選択性をもって相互作用し、電気又は光学
特性が変化することが知られており、例えばフタロシア
ニンの電気特性変化を利用してNOX、SOXガス検知装置に
応用することも提案されている。
が主流を占めていた。近年、オプロロード等、光を利用
したガス検知装置が提案され、幾つかの応用例も出現し
ている（特開昭62−35246号公報参照）。更にまた、あ
る種の有機色素分子は、酸化性又は還元性ガスとの間
で、ある程度選択性をもって相互作用し、電気又は光学
特性が変化することが知られており、例えばフタロシア
ニンの電気特性変化を利用してNOX、SOXガス検知装置に
応用することも提案されている。
発明が解決しようとする課題 ところで、オプロロード等、光を利用したガスセンサ
は、感ガス部が複雑であったり、光源として大型のレー
ザを必要としたり、或いは受光部に光電子増倍管を使用
したりして、簡単なものではなかった。また、有機色素
分子を用いる場合についても、簡単な手段で繰り返しガ
ス検知のできる安定なガス検知装置は、未だ実用的なも
のとしては知られていない。
は、感ガス部が複雑であったり、光源として大型のレー
ザを必要としたり、或いは受光部に光電子増倍管を使用
したりして、簡単なものではなかった。また、有機色素
分子を用いる場合についても、簡単な手段で繰り返しガ
ス検知のできる安定なガス検知装置は、未だ実用的なも
のとしては知られていない。
本発明は、この様な事情の下になされたものである。
本発明の目的は、感度がよく、応答速度が速く、広い濃
度範囲で使用可能な小型の光学式ガス検知装置を提供す
ることにある。
度範囲で使用可能な小型の光学式ガス検知装置を提供す
ることにある。
本発明の他の目的は、製造、測定両面において簡易であ
り、かつ種々の条件に対し、安全性と安定性を兼ね備え
た光学式ガス検知装置を提供することにある。
り、かつ種々の条件に対し、安全性と安定性を兼ね備え
た光学式ガス検知装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、不要なノイズ光を少なくした
光学式ガス検知装置を提供することにある。
光学式ガス検知装置を提供することにある。
課題を解決するための手段 本発明の光学式ガス検知装置は、発光素子、受光素子、
Ｊ−会合体構造を有する有機色素薄膜よりなり、該発光
素子からの光によって螢光又はりん光を発するガス検知
素子、および螢光又はりん光を分離するフィルターから
なり、該発光素子から受光素子に至る光経路に該ガス検
知素子および該フィルターを順次配置してなることを特
徴とする。
Ｊ−会合体構造を有する有機色素薄膜よりなり、該発光
素子からの光によって螢光又はりん光を発するガス検知
素子、および螢光又はりん光を分離するフィルターから
なり、該発光素子から受光素子に至る光経路に該ガス検
知素子および該フィルターを順次配置してなることを特
徴とする。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光学式ガス検知装置において使用するガス検知
素子は、Ｊ−会合体構造を有する有機色素薄膜よりな
り、発光素子からの光によって螢光又はりん光を発する
性質を有するもので、例えば支持体上に有機色素を含む
薄膜を設けた形態で使用することができる。この薄膜
は、被検知ガス、例えばNOX、SOX、Cl2、O3、NH3等の存
在により、螢光又はりん光強度が可逆的に変化する。し
たがって、薄膜の色又は発生する螢光又はりん光強度の
変化を測定すれば、被検知ガスを検知することができ
る。
素子は、Ｊ−会合体構造を有する有機色素薄膜よりな
り、発光素子からの光によって螢光又はりん光を発する
性質を有するもので、例えば支持体上に有機色素を含む
薄膜を設けた形態で使用することができる。この薄膜
は、被検知ガス、例えばNOX、SOX、Cl2、O3、NH3等の存
在により、螢光又はりん光強度が可逆的に変化する。し
たがって、薄膜の色又は発生する螢光又はりん光強度の
変化を測定すれば、被検知ガスを検知することができ
る。
特に有機色素として、スクエアリリウム色素を用い、そ
のＪ会合体構造を有する薄膜よりなるガス検知素子を使
用すれば、NOXを高感度で検知することができる。その
理由の一つとして、Ｊ会合体内で光の吸収により生成し
た励起状態が速やかにＪに移動できることにより、NOX
の吸収により生成した励起状態のトラッピングサイトと
してカバーできる領域が大きくなったためと考えられ
る。スクエアリリウム色素としては、一般式（Ｉ）で示
されるものが有利に使用できる。
のＪ会合体構造を有する薄膜よりなるガス検知素子を使
用すれば、NOXを高感度で検知することができる。その
理由の一つとして、Ｊ会合体内で光の吸収により生成し
た励起状態が速やかにＪに移動できることにより、NOX
の吸収により生成した励起状態のトラッピングサイトと
してカバーできる領域が大きくなったためと考えられ
る。スクエアリリウム色素としては、一般式（Ｉ）で示
されるものが有利に使用できる。
（式中、ＸおよびＹは、それぞれ発色団を示す） 上記一般式（Ｉ）において、Ｘ及びＹで示される発色団
としては、次のものがあげられる。
としては、次のものがあげられる。
［式中、R1及びR2は、同一または異なるものであって、
それぞれ水素原子、CnH2n+1、CnH2nOH、CnH2n-1、CnH
2n-3（但し、ｎは１〜20）、塩素原子、弗素原子又は臭
素原子を示し、R3は水素原子、水酸基、CnH2n+1（但し
ｎは１〜20）、メトキシ基、弗素原子、塩素原子又は臭
素原子を示し、R4は水素原子、水酸基、CnH2n+1（但し
ｎは１〜20）、メトキシ基を示し、ＺはＣ（CH3）２、
Ｏ、ＳまたはSeを示す）］ スクエアリリウム色素の具体例としては、特願昭63−69
666号公報に記載のものがあげられる。
それぞれ水素原子、CnH2n+1、CnH2nOH、CnH2n-1、CnH
2n-3（但し、ｎは１〜20）、塩素原子、弗素原子又は臭
素原子を示し、R3は水素原子、水酸基、CnH2n+1（但し
ｎは１〜20）、メトキシ基、弗素原子、塩素原子又は臭
素原子を示し、R4は水素原子、水酸基、CnH2n+1（但し
ｎは１〜20）、メトキシ基を示し、ＺはＣ（CH3）２、
Ｏ、ＳまたはSeを示す）］ スクエアリリウム色素の具体例としては、特願昭63−69
666号公報に記載のものがあげられる。
本発明の光学式ガス検知装置において、上記のように薄
膜から螢光又はりん光を発生させるための励起光源とし
て使用する発光素子としては、半導体レーザー素子及び
LEDを有利に使用することができる。
膜から螢光又はりん光を発生させるための励起光源とし
て使用する発光素子としては、半導体レーザー素子及び
LEDを有利に使用することができる。
螢光又はりん光と励起光を分離するためのフィルター
は、ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配置され
る。このフィルターは、発光素子から出る光をカット
し、ガス検知素子から出る螢光又はりん光成分を主に透
過すると特性を有するものが使用される。更に、ガス検
知素子から出る螢光又はりん光より長波長の光をカット
する特性を有するフィルターが好ましく用いられる。
は、ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配置され
る。このフィルターは、発光素子から出る光をカット
し、ガス検知素子から出る螢光又はりん光成分を主に透
過すると特性を有するものが使用される。更に、ガス検
知素子から出る螢光又はりん光より長波長の光をカット
する特性を有するフィルターが好ましく用いられる。
本発明においては、使用する発光素子から励起に必要な
波長の光以外の成分が出ている場合、更に、それをカッ
トする為のフィルターを使用してもよい。即ち、発光素
子から出る主発光波長付近の光を主に透過し、発光素子
から出る主発光波長付近の光以外の光を主にカットする
特性を有するフィルターを、発光素子とガス検知装置の
間の光経路に配置してもよい。その場合、フィルターへ
の入射光がフィルター表面に垂直な方向と角度をもって
入射するように配置するのが好ましい。
波長の光以外の成分が出ている場合、更に、それをカッ
トする為のフィルターを使用してもよい。即ち、発光素
子から出る主発光波長付近の光を主に透過し、発光素子
から出る主発光波長付近の光以外の光を主にカットする
特性を有するフィルターを、発光素子とガス検知装置の
間の光経路に配置してもよい。その場合、フィルターへ
の入射光がフィルター表面に垂直な方向と角度をもって
入射するように配置するのが好ましい。
作用 本発明の光学式ガス検知装置によれば、ガス検知素子の
有機色素を含む薄膜と被検知ガスとの接触により薄膜の
可逆的な色変化又は螢光又はりん光強度変化を測定する
ことにより、被検知ガスを検出することが可能になる。
即ち、発光素子から出た励起光は、ガス検知素子のＪ−
会合体構造を有する有機色素薄膜に達し、そこで有機顔
料を励起して螢光又はりん光を発生させる。その場合、
Ｊ−会合体構造を有する有機色素薄膜は、被検知ガス、
例えばNOX、SOX、Cl2、O3、NH3等と接触することによ
り、ガス検知素子から発する光の吸収スペクトルの波長
が可逆的に変化し、又は螢光又はりん光強度が可逆的に
変化する。そこで、ガス検知素子から発する光を、螢光
又はりん光と励起光を分離するためのフィルターを通し
て受光素子で受光させ、薄膜の可逆的な色変化又は螢光
又はりん光強度変化を測定すれば、被検知ガスを検知す
ることができる。
有機色素を含む薄膜と被検知ガスとの接触により薄膜の
可逆的な色変化又は螢光又はりん光強度変化を測定する
ことにより、被検知ガスを検出することが可能になる。
即ち、発光素子から出た励起光は、ガス検知素子のＪ−
会合体構造を有する有機色素薄膜に達し、そこで有機顔
料を励起して螢光又はりん光を発生させる。その場合、
Ｊ−会合体構造を有する有機色素薄膜は、被検知ガス、
例えばNOX、SOX、Cl2、O3、NH3等と接触することによ
り、ガス検知素子から発する光の吸収スペクトルの波長
が可逆的に変化し、又は螢光又はりん光強度が可逆的に
変化する。そこで、ガス検知素子から発する光を、螢光
又はりん光と励起光を分離するためのフィルターを通し
て受光素子で受光させ、薄膜の可逆的な色変化又は螢光
又はりん光強度変化を測定すれば、被検知ガスを検知す
ることができる。
実施例 以下、図面によって本発明を詳記する。
第１図は、本発明の光学式ガス検知装置の基本的構成図
である。図中、１は発光素子２はレンズ、３はＪ−会合
体構造を有する有機色素薄膜よりなるガス検知素子、４
は励起光カット用のフィルター、５は受光素子を示す。
である。図中、１は発光素子２はレンズ、３はＪ−会合
体構造を有する有機色素薄膜よりなるガス検知素子、４
は励起光カット用のフィルター、５は受光素子を示す。
発光素子１から出た励起光は、レンズ２により集光さ
れ、ガス検知素子３に照射される。それによってガス検
知素子３の薄膜から螢光又はりん光が発生する。発生し
た螢光又はりん光は、フィルター４を通って受光素子５
に達し、図示しない電気回路により電気信号に変換され
る。この場合、ガス検知素子３に特定のガス（例えば、
NO2）が接触すると、ガス検知素子３から出る螢光又は
りん光強度が変化し、ガス濃度が電気信号として検知で
きる。
れ、ガス検知素子３に照射される。それによってガス検
知素子３の薄膜から螢光又はりん光が発生する。発生し
た螢光又はりん光は、フィルター４を通って受光素子５
に達し、図示しない電気回路により電気信号に変換され
る。この場合、ガス検知素子３に特定のガス（例えば、
NO2）が接触すると、ガス検知素子３から出る螢光又は
りん光強度が変化し、ガス濃度が電気信号として検知で
きる。
本発明において、ガス検知素子３としては、例えばガラ
ス等からなる基板上にＪ−会合体構造を有する有機色素
薄膜を形成したもので、600〜760nmの範囲の光を照射す
ると770nm付近にピークを有する螢光又はりん光を発生
するものが有利に使用できる。
ス等からなる基板上にＪ−会合体構造を有する有機色素
薄膜を形成したもので、600〜760nmの範囲の光を照射す
ると770nm付近にピークを有する螢光又はりん光を発生
するものが有利に使用できる。
その場合、発光素子１としては、600〜760nmの範囲に主
発光波長を有するLED或いは半導体レーザー素子が好ま
しく使用され、これ等は、小型の励起光源として使用す
ることができる。
発光波長を有するLED或いは半導体レーザー素子が好ま
しく使用され、これ等は、小型の励起光源として使用す
ることができる。
また、受光素子５としては770nm付近にピーク波長を有
する螢光又はりん光に対して感度を有するものでなけれ
ばならない。
する螢光又はりん光に対して感度を有するものでなけれ
ばならない。
レンズ２は、発光素子１から出る光が発散するのを防
ぎ、ガス検知素子３の上に有効に集めるために使用する
ものであり、ガス検知素子３から出る螢光又はりん光強
度を強めるのに有効である。レンズ２は発光素子１と一
体に構成されていてもよい。
ぎ、ガス検知素子３の上に有効に集めるために使用する
ものであり、ガス検知素子３から出る螢光又はりん光強
度を強めるのに有効である。レンズ２は発光素子１と一
体に構成されていてもよい。
フィルター４は、発光素子１から出た励起光が、ガス検
知素子３で反射又は散乱して受光素子５に入るのを防ぐ
作用をする。したがって、受光素子５が励起光に対して
感度を有する場合であっても、これ等の励起光の散乱光
をフィルター４で防ぐことによって、受光素子５に入る
光のうち、螢光又はりん光の割合が大きくなり、ノイズ
の少ない信号が得られるようになる。
知素子３で反射又は散乱して受光素子５に入るのを防ぐ
作用をする。したがって、受光素子５が励起光に対して
感度を有する場合であっても、これ等の励起光の散乱光
をフィルター４で防ぐことによって、受光素子５に入る
光のうち、螢光又はりん光の割合が大きくなり、ノイズ
の少ない信号が得られるようになる。
螢光又はりん光を有効に集めるために、受光素子５或い
はフィルター４の前にレンズを置いてもよいし、レンズ
と受光素が一体に構成されたものを使用してもよい。
はフィルター４の前にレンズを置いてもよいし、レンズ
と受光素が一体に構成されたものを使用してもよい。
本発明の光学式ガス検知装置において、ガス検知素子３
から出る螢光又はりん光を受光素子５で有効に受光させ
るためには、発光素子１、レンズ２、ガス検知素子３、
フィルター４、受光素子５の順に配置することが必要で
あるが、装置をできるかぎり小型にして大きな電気信号
を得るためには、これ等の各部分をできるだけ接近させ
て配置するのが望ましい。その場合、励起光が受光素子
５に入るのを防ぐようにする為に、受光素子５は、ガス
検知素子３で励起光が鏡面反射する方法に配置しないこ
とが望ましい。具体的な配置としては、フィルター４と
受光素子５を一体にして、ガス検知素子３に対して垂直
方向に配置し、一方、発光素子１とレンズ２を一体にし
て上記垂直方向に対して、適当な角度（数度ないし数十
度）で配置するのが好ましい。
から出る螢光又はりん光を受光素子５で有効に受光させ
るためには、発光素子１、レンズ２、ガス検知素子３、
フィルター４、受光素子５の順に配置することが必要で
あるが、装置をできるかぎり小型にして大きな電気信号
を得るためには、これ等の各部分をできるだけ接近させ
て配置するのが望ましい。その場合、励起光が受光素子
５に入るのを防ぐようにする為に、受光素子５は、ガス
検知素子３で励起光が鏡面反射する方法に配置しないこ
とが望ましい。具体的な配置としては、フィルター４と
受光素子５を一体にして、ガス検知素子３に対して垂直
方向に配置し、一方、発光素子１とレンズ２を一体にし
て上記垂直方向に対して、適当な角度（数度ないし数十
度）で配置するのが好ましい。
発光素子１から出る光には、励起光として作用する600
〜760nmの波長範囲の光の他に、それよりも長い波長の
光が含まれている場合がある。例えば、GaAs系の材料を
用いた発光素子では、600〜760nmの範囲にピークを持つ
主発光波長の光と共に、890nm付近に小さなピークを持
つフォトルミネッセンスが僅かに出ている。この光のピ
ーク強度は、主発光波長のピーク強度に比して百分の一
以下であるが、螢光又はりん光の測定の際にノイズとな
り得る。この様な光を除くために、本発明においては、
フィルター４を、780nm付近の螢光又はりん光成分のみ
を透過し、それよりも短波長側及び長波長側をカットす
る性質を有するバンドパスフィルターにするか、或い
は、780nm付近の螢光又はりん光成分よりも長波長側の
光をカットするフィルターを追加的に挿入すればよい。
後者の場合、追加する長波長側の光をカットするフィル
ターは、発光素子１と受光素子５の間の光経路であれば
原則的にはどこの位置に設けてもよいが、スペースの点
からは、第２図に示す位置に設けるのが好ましい。すな
わち、長波長側の光をカットするフィルター６は、レン
ズ２とガス検知素子３の間に配置する。特に、発光素子
として半導体レーザー素子を用いる場合には、上記フィ
ルター６は、励起光に対して垂直に配置するのではな
く、第２図に示すように若干角度を付けて配置し、フィ
ルター６の表面で反射した光が半導体レーザー素子の発
光部に戻らないようにするのが望ましい。なお、第２図
中、他の符号は第１図と同じ意味を有する。
〜760nmの波長範囲の光の他に、それよりも長い波長の
光が含まれている場合がある。例えば、GaAs系の材料を
用いた発光素子では、600〜760nmの範囲にピークを持つ
主発光波長の光と共に、890nm付近に小さなピークを持
つフォトルミネッセンスが僅かに出ている。この光のピ
ーク強度は、主発光波長のピーク強度に比して百分の一
以下であるが、螢光又はりん光の測定の際にノイズとな
り得る。この様な光を除くために、本発明においては、
フィルター４を、780nm付近の螢光又はりん光成分のみ
を透過し、それよりも短波長側及び長波長側をカットす
る性質を有するバンドパスフィルターにするか、或い
は、780nm付近の螢光又はりん光成分よりも長波長側の
光をカットするフィルターを追加的に挿入すればよい。
後者の場合、追加する長波長側の光をカットするフィル
ターは、発光素子１と受光素子５の間の光経路であれば
原則的にはどこの位置に設けてもよいが、スペースの点
からは、第２図に示す位置に設けるのが好ましい。すな
わち、長波長側の光をカットするフィルター６は、レン
ズ２とガス検知素子３の間に配置する。特に、発光素子
として半導体レーザー素子を用いる場合には、上記フィ
ルター６は、励起光に対して垂直に配置するのではな
く、第２図に示すように若干角度を付けて配置し、フィ
ルター６の表面で反射した光が半導体レーザー素子の発
光部に戻らないようにするのが望ましい。なお、第２図
中、他の符号は第１図と同じ意味を有する。
第１図及び第２図は、本発明の光学式ガス検知装置の概
略の構成を示すものであるが、これ等は、図示しない一
つの小さな箱に収納して、光学式ガス検知装置が形成さ
れる。
略の構成を示すものであるが、これ等は、図示しない一
つの小さな箱に収納して、光学式ガス検知装置が形成さ
れる。
上記の場合、箱全体を被検知ガスの中に置き、ガス検知
を行うのであるが、被検知ガスが箱全体に充満するのに
若干時間がかかり、検知の応答速度が遅くなる。そこ
で、ガス検知素子の周辺にのみガスが流れるように、ガ
ス検知素子の周りにガス導入部材を設けるのが好まし
い。
を行うのであるが、被検知ガスが箱全体に充満するのに
若干時間がかかり、検知の応答速度が遅くなる。そこ
で、ガス検知素子の周辺にのみガスが流れるように、ガ
ス検知素子の周りにガス導入部材を設けるのが好まし
い。
第３図はその場合を示すもので、ガス検知素子３の周り
にガス導入部材７を設け、デッドスペースをできるだけ
小さくすることによって、応答速度を速めることが可能
になる。また、発光素子１、レンズ２、フィルター４、
受光素子５等が被検知ガスから分離されるので、信頼性
の向上も基体できる。
にガス導入部材７を設け、デッドスペースをできるだけ
小さくすることによって、応答速度を速めることが可能
になる。また、発光素子１、レンズ２、フィルター４、
受光素子５等が被検知ガスから分離されるので、信頼性
の向上も基体できる。
次に更に具体的な実施例を示す。
例１ 下記式で示されるスクエアリリウム色素 とアラキン酸（C19H39COOH）とをモル比1:1の割合でク
ロロホルム中に溶解し、約８×10-4Mの濃度の溶液を調
製した。この溶液を用いLB膜作成法によって成膜した。
それによりスクエアリリウム色素のＪ会合体からなるガ
ス検知素子が得られた。即ち、約200μを水面上に展
開し、ガラス基板を、気水界面を上下させることによ
り、ガラス基板上に感ガス体薄膜を形成してガス検知素
子を得た。
ロロホルム中に溶解し、約８×10-4Mの濃度の溶液を調
製した。この溶液を用いLB膜作成法によって成膜した。
それによりスクエアリリウム色素のＪ会合体からなるガ
ス検知素子が得られた。即ち、約200μを水面上に展
開し、ガラス基板を、気水界面を上下させることによ
り、ガラス基板上に感ガス体薄膜を形成してガス検知素
子を得た。
発光素子として670nm付近にピーク波長を有する市販の
半導体レーザー素子を使用し、励起光源とした。この光
を集めるためのプラスチックレンズを半導体レーザー素
子の前に設けた。また、受光素子としては市販のシリコ
ンフォトダイオードを用い、励起光カットフィルターを
その前に取り付けた。励起光カットフィルターは、色ガ
ラスフィルターの上に、干渉膜を蒸着したものであっ
て、720nm付近より短波長側の励起光をカットするもの
であった。これ等の各部品を第１図に示すように配置し
た。即ち、励起光カットフィルター及びシリコンフォト
ダイオードを、ガス検知素子に対してほぼ垂直方向で、
ガス検知素子の薄膜表面から５〜10mm離して配置した。
半導体レーザー素子を使用し、励起光源とした。この光
を集めるためのプラスチックレンズを半導体レーザー素
子の前に設けた。また、受光素子としては市販のシリコ
ンフォトダイオードを用い、励起光カットフィルターを
その前に取り付けた。励起光カットフィルターは、色ガ
ラスフィルターの上に、干渉膜を蒸着したものであっ
て、720nm付近より短波長側の励起光をカットするもの
であった。これ等の各部品を第１図に示すように配置し
た。即ち、励起光カットフィルター及びシリコンフォト
ダイオードを、ガス検知素子に対してほぼ垂直方向で、
ガス検知素子の薄膜表面から５〜10mm離して配置した。
半導体レーザー素子及びレンズは、励起光がガス検知素
子に対して、垂直方向から約60゜の角度で入射するよう
に配置した。これ等を半導体駆動回路及びフォトダイオ
ード駆動回路と共に内部を黒色処理し、ガス導入口を設
けた箱に入れて光学式ガス検知装置を作製した。
子に対して、垂直方向から約60゜の角度で入射するよう
に配置した。これ等を半導体駆動回路及びフォトダイオ
ード駆動回路と共に内部を黒色処理し、ガス導入口を設
けた箱に入れて光学式ガス検知装置を作製した。
この光学式ガス検知装置において、半導体レーザー装置
を点灯すると、励起光がガス検知素子に照射され、そこ
から出た螢光又はりん光をフォトダイオードで受け、フ
ォトダイオードに流れる10-9Aオーダーの電流を電気回
路により1Vオーダーの電圧信号として取り出すことがで
きた。この状態でガス導入口から0.1〜100ppmのNOXガス
を導入するとNOXの濃度に応じて信号電圧が変化し、NOX
ガス濃度が定量的に測定できた。
を点灯すると、励起光がガス検知素子に照射され、そこ
から出た螢光又はりん光をフォトダイオードで受け、フ
ォトダイオードに流れる10-9Aオーダーの電流を電気回
路により1Vオーダーの電圧信号として取り出すことがで
きた。この状態でガス導入口から0.1〜100ppmのNOXガス
を導入するとNOXの濃度に応じて信号電圧が変化し、NOX
ガス濃度が定量的に測定できた。
例２ 励起光カットフィルター以外は実施例１と同様のものを
用いて光学式ガス検知装置を作製した。励起光カットフ
ィルターとしては、720nm付近から850nm付近の光を透過
するバンドパスフィルターを用いた。実施例１とほぼ同
様に配置し、NOXガスを流さない状態での信号レベル
が、実施例１とほぼ同様になるように調製した。この状
態でNOXガスを流すと、NOXの濃度に応じて信号電圧が変
化し、NOXガス濃度が定量的に測定できた。この場合の
信号電圧の変化は、実施例１の場合よりも大きかった。
即ち890nm付近でピークを持つ光をカットすることでS/N
比が好くなることが確認できた。
用いて光学式ガス検知装置を作製した。励起光カットフ
ィルターとしては、720nm付近から850nm付近の光を透過
するバンドパスフィルターを用いた。実施例１とほぼ同
様に配置し、NOXガスを流さない状態での信号レベル
が、実施例１とほぼ同様になるように調製した。この状
態でNOXガスを流すと、NOXの濃度に応じて信号電圧が変
化し、NOXガス濃度が定量的に測定できた。この場合の
信号電圧の変化は、実施例１の場合よりも大きかった。
即ち890nm付近でピークを持つ光をカットすることでS/N
比が好くなることが確認できた。
例３ 発光素子、レンズ、ガス検知素子、励起光カットフィル
ター、受光素子として、実施例１におけると同様のもの
を用い、実施例１とほぼ同様に配置した。但し、800nm
付近より長波長側の光をカットする赤外カットフィルタ
ーをレンズの前に設けた。この場合、励起光が赤外カッ
トフィルターに対して約20゜の入射角を持つように赤外
カットフィルターを傾けて設けた。NOXガスを流さない
状態での信号レベルが、実施例１とほぼ同様になるよう
に調整した。この状態でNOXガスを流すと、NOXの濃度に
応じて信号電圧が変化し、NOXガス濃度が定量的に測定
できた。この場合の信号電圧の変化は、実施例１の場合
よりも大きかった。即ち890nm付近でピークを持つ光を
カットすることでS/N比がよくなったことが確認でき
た。
ター、受光素子として、実施例１におけると同様のもの
を用い、実施例１とほぼ同様に配置した。但し、800nm
付近より長波長側の光をカットする赤外カットフィルタ
ーをレンズの前に設けた。この場合、励起光が赤外カッ
トフィルターに対して約20゜の入射角を持つように赤外
カットフィルターを傾けて設けた。NOXガスを流さない
状態での信号レベルが、実施例１とほぼ同様になるよう
に調整した。この状態でNOXガスを流すと、NOXの濃度に
応じて信号電圧が変化し、NOXガス濃度が定量的に測定
できた。この場合の信号電圧の変化は、実施例１の場合
よりも大きかった。即ち890nm付近でピークを持つ光を
カットすることでS/N比がよくなったことが確認でき
た。
例４ ガス検知素子を透明ガラスからなるガス導入部材の中に
入れた以外は、実施例１と同様の材料及び方法で試験を
行った。ガス導入部材の中にNOXガスを流すと、NOXの濃
度に応じて信号電圧が変化し、NOXガス濃度が定量的に
測定できた。この場合の応答速度は、実施例１の場合の
十分の一以下であった。
入れた以外は、実施例１と同様の材料及び方法で試験を
行った。ガス導入部材の中にNOXガスを流すと、NOXの濃
度に応じて信号電圧が変化し、NOXガス濃度が定量的に
測定できた。この場合の応答速度は、実施例１の場合の
十分の一以下であった。
例５ 励起用光源として半導体レーザー素子の代わりに、先端
がレンズ状で660nm付近にピーク波長を持つLEDを用い、
また、受光素子として、レンズつきのフォトダイオード
を用いた。その他のガス検知素子、及び励起光カットフ
ィルター及びそれ等の配置などは、実施例１と同様であ
った。
がレンズ状で660nm付近にピーク波長を持つLEDを用い、
また、受光素子として、レンズつきのフォトダイオード
を用いた。その他のガス検知素子、及び励起光カットフ
ィルター及びそれ等の配置などは、実施例１と同様であ
った。
これ等をLED駆動回路及びフォトダイオード駆動回路と
共に内部を黒色処理し、ガス導入口を設けた箱の入れて
光学式ガス検知装置を作製した。
共に内部を黒色処理し、ガス導入口を設けた箱の入れて
光学式ガス検知装置を作製した。
この光学式ガス検知装置についてLEDを点灯すると、励
起光がガス検知素子に照射され、そこから出た螢光又は
りん光をフォトダイオードで受け、電圧信号として取り
出すことができた。この状態でガス導入口から0.1〜100
ppmのNOXガスを導入するとNOXの濃度に応じて信号電圧
が変化し、NOXガス濃度が定量的に測定できた。
起光がガス検知素子に照射され、そこから出た螢光又は
りん光をフォトダイオードで受け、電圧信号として取り
出すことができた。この状態でガス導入口から0.1〜100
ppmのNOXガスを導入するとNOXの濃度に応じて信号電圧
が変化し、NOXガス濃度が定量的に測定できた。
発明の効果 上記したように、本発明の光学式ガス検知装置は、発光
素子と受光素子の間の光経路に、Ｊ−会合体構造を有す
る有機色素薄膜よりなり、発光素子から発する光によっ
て螢光又はりん光を発するガス検知素子とフィルターを
順次配置した構成を有するから、被検知ガスとの相互作
用による可逆的な物理的、化学的変化を利用して、簡単
にガス検知を行うことができる。また、それら可逆的な
物理的、化学的変化を利用して、被検知ガスを定量的に
検出することもできる。
素子と受光素子の間の光経路に、Ｊ−会合体構造を有す
る有機色素薄膜よりなり、発光素子から発する光によっ
て螢光又はりん光を発するガス検知素子とフィルターを
順次配置した構成を有するから、被検知ガスとの相互作
用による可逆的な物理的、化学的変化を利用して、簡単
にガス検知を行うことができる。また、それら可逆的な
物理的、化学的変化を利用して、被検知ガスを定量的に
検出することもできる。
本発明の光学式ガス検知装置は、光学感度、安定性、応
答速度に優れ、広い濃度範囲で使用可能である。また、
製作も容易で、コスト面、対環境面でも有利であるの
で、非常に広範な応用が可能である。更に、光を利用す
るものであるから、電気的、磁気的および化学的妨害に
対して抵抗性を有している。
答速度に優れ、広い濃度範囲で使用可能である。また、
製作も容易で、コスト面、対環境面でも有利であるの
で、非常に広範な応用が可能である。更に、光を利用す
るものであるから、電気的、磁気的および化学的妨害に
対して抵抗性を有している。
本発明の光学式ガス検知装置は、NOXのみならず、SOX、
Cl2、O3等の酸化性ガス、NH3等の還元性ガス等の検出に
も使用することができる。更に又、本発明のガス検知素
子における上記薄膜は、色変化に伴って電気特性なども
変化するから、本発明のガス検知素子は、従来の電気的
なガスセンサの感ガス素子としても使用可能である。
Cl2、O3等の酸化性ガス、NH3等の還元性ガス等の検出に
も使用することができる。更に又、本発明のガス検知素
子における上記薄膜は、色変化に伴って電気特性なども
変化するから、本発明のガス検知素子は、従来の電気的
なガスセンサの感ガス素子としても使用可能である。
また、本発明の光学式ガス検知装置は、励起光源とし
て、半導体レーザーやLEDを用い、また、受光素子とし
てホトダイオードを利用することができ、これ等はいず
れも小さな部品であるので、本発明の光学式ガス検知装
置は、小型化、低コスト化および信頼性の点で有利なも
のである。
て、半導体レーザーやLEDを用い、また、受光素子とし
てホトダイオードを利用することができ、これ等はいず
れも小さな部品であるので、本発明の光学式ガス検知装
置は、小型化、低コスト化および信頼性の点で有利なも
のである。
第１図は本発明の光学式ガス検知装置の基本構成を示す
構成図、第２図は本発明の光学式ガス検知装置の他の基
本構成を示す構成図、第３図は、本発明の光学式ガス検
知装置の一実施例の構成図である。 １……発光素子、２……レンズ、３……ガス検知素子、
４……フィルター、５……受光素子、６……フィルタ
ー、７……ガス導入部材。
構成図、第２図は本発明の光学式ガス検知装置の他の基
本構成を示す構成図、第３図は、本発明の光学式ガス検
知装置の一実施例の構成図である。 １……発光素子、２……レンズ、３……ガス検知素子、
４……フィルター、５……受光素子、６……フィルタ
ー、７……ガス導入部材。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−8748（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−73518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151957（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−167352（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85991（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−102642（ＪＰ，Ａ) 特公 昭45−40040（ＪＰ，Ｂ１) 化学大辞典３Ｐ．299共立出版株式会社
Claims (8)
- 【請求項１】発光素子、受光素子、Ｊ−会合体構造を有
する有機色素薄膜よりなり、該発光素子からの光によっ
て蛍光またはりん光を発するガス検知素子、および蛍光
またはりん光を分離するフィルターからなり、該発光素
子から受光素子に至る光経路に該ガス検知素子および該
フィルターを順次配置してなることを特徴とする光学式
ガス検知装置。 - 【請求項２】ガス検知素子の周辺にのみガスが流れるよ
うに、該ガス検知素子の周りにガス導入部材を設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光学式ガ
ス検知装置。 - 【請求項３】ガス検知素子の有機色素薄膜が、スクエア
リリウム色素からなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の光学式ガス検知装置。 - 【請求項４】発光素子が半導体レーザー素子又はLEDで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光
学式ガス検知装置。 - 【請求項５】ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配
置されたフィルターが、発光素子から出る光をカット
し、ガス検知素子から出る蛍光又はりん光成分を主に透
過する特性を有することを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の光学式ガス検知装置。 - 【請求項６】ガス検知素子と受光素子の間の光経路に配
置されたフィルターが、該ガス検知素子から出る蛍光又
はりん光より長波長の光をカットする特性を有すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第５項に記載の
光学式ガス検知装置。 - 【請求項７】発光素子から出る主発光波長付近の光を主
に透過し、発光素子から出る主発光波長付近の光以外の
光を主にカットする特性を有するフィルターを、発光素
子とガス検知装置の間の光経路に配置してなることを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の光学
式ガス検知装置。 - 【請求項８】発光素子から出る主発光波長付近の光を主
に透過し、発光素子から出る主発光波長付近の光以外の
光を主にカットする特性を有するフィルターを、発光素
子とガス検知装置の間の光経路に、該フィルターへの入
射光が該フィルター表面に垂直な方向をもって入射する
ように配置してなることを特徴とする特許請求の範囲第
７項に記載の光学式ガス検知装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1063494A JPH07119690B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学式ガス検知装置 |
| US07/495,024 US5030009A (en) | 1989-03-17 | 1990-03-16 | Optical gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1063494A JPH07119690B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学式ガス検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02243944A JPH02243944A (ja) | 1990-09-28 |
| JPH07119690B2 true JPH07119690B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=13230858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1063494A Expired - Lifetime JPH07119690B2 (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 光学式ガス検知装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5030009A (ja) |
| JP (1) | JPH07119690B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5411709A (en) * | 1991-03-25 | 1995-05-02 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Gas detector |
| US5211885A (en) * | 1991-06-17 | 1993-05-18 | Steadfast Inc. | Squarylium dyes and products and processes using same |
| US5338415A (en) * | 1992-06-22 | 1994-08-16 | The Regents Of The University Of California | Method for detection of chemicals by reversible quenching of silicon photoluminescence |
| US5507935A (en) * | 1994-01-27 | 1996-04-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | On-line reactant analysis system |
| US7253557B2 (en) * | 1996-02-08 | 2007-08-07 | Bright Solutions, Inc. | Light source provided with a housing enclosing voltage regulator means and method of manufacturing thereof |
| US6590220B1 (en) * | 1996-02-08 | 2003-07-08 | Bright Solutions, Inc. | Leak detection lamp |
| US6027760A (en) * | 1997-12-08 | 2000-02-22 | Gurer; Emir | Photoresist coating process control with solvent vapor sensor |
| US6830731B1 (en) * | 1998-01-05 | 2004-12-14 | Biosite, Inc. | Immunoassay fluorometer |
| TWI293363B (en) | 2001-12-11 | 2008-02-11 | Sensors For Med & Science Inc | High performance fluorescent optical sensor |
| EP2613610A4 (en) * | 2010-09-03 | 2015-05-20 | Adeka Corp | COLOR CONVERSION FILTER |
| FR2985024A1 (fr) * | 2011-12-23 | 2013-06-28 | Thales Sa | Dispositif de detection de gaz |
| US8742370B2 (en) * | 2012-03-21 | 2014-06-03 | Bah Holdings Llc | Gas sensor |
| CZ305384B6 (cs) * | 2012-12-31 | 2015-08-26 | Univerzita Karlova v Praze, Matematicko-fyzikální fakulta, Katedra chemické fyziky a optiky | Způsob detekce přítomnosti vybraných chemických látek v plynné fázi |
| KR102301672B1 (ko) * | 2014-12-11 | 2021-09-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 가스 센서 및 이를 포함하는 가스 검출 장치 |
| KR20180055294A (ko) | 2016-11-16 | 2018-05-25 | 삼성전자주식회사 | Fbar 발진기 및 이를 이용하는 가스 감지 시스템 |
| US11232704B1 (en) * | 2020-12-30 | 2022-01-25 | Donesha Baldwin Gardner | Smoking detection device with tamper countermeasures |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2508637C3 (de) * | 1975-02-28 | 1979-11-22 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V., 3400 Goettingen | Anordnung zur optischen Messung von Blutgasen |
| AT390840B (de) * | 1983-06-08 | 1990-07-10 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Verfahren zur fluorimetrischen bestimmung der konzentration von in einer substanz enthaltenen stoffen und anordnung zur durchfuehrung dieses verfahrens |
| JPS6173518A (ja) * | 1984-09-14 | 1986-04-15 | 松下電器産業株式会社 | 過電圧保護回路 |
| US4929561A (en) * | 1985-08-08 | 1990-05-29 | Regents Of The University Of California | Absorption-emission optrode and methods of use thereof |
| JPH0729487B2 (ja) * | 1985-10-11 | 1995-04-05 | ソニー株式会社 | レ−ザ記録媒体 |
| JPH0822618B2 (ja) * | 1986-12-16 | 1996-03-06 | 富士ゼロックス株式会社 | 光情報記憶媒体の製造方法 |
| JPS63167352A (ja) * | 1986-12-29 | 1988-07-11 | Victor Co Of Japan Ltd | 光記録媒体 |
| AT389590B (de) * | 1987-05-27 | 1989-12-27 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Verfahren zur kontinuierlichen, quantitativen bestimmung von schwefeldioxid und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
| US4906100A (en) * | 1988-05-13 | 1990-03-06 | University Of Cincinnati | Method of detecting adriamycin (doxorubicin) or daunomycin in the environment |
-
1989
- 1989-03-17 JP JP1063494A patent/JPH07119690B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-16 US US07/495,024 patent/US5030009A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 化学大辞典３Ｐ．２９９共立出版株式会社 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5030009A (en) | 1991-07-09 |
| JPH02243944A (ja) | 1990-09-28 |
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