JPH07128231A - 赤外線式ガスセンサー - Google Patents
赤外線式ガスセンサーInfo
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- JPH07128231A JPH07128231A JP27793793A JP27793793A JPH07128231A JP H07128231 A JPH07128231 A JP H07128231A JP 27793793 A JP27793793 A JP 27793793A JP 27793793 A JP27793793 A JP 27793793A JP H07128231 A JPH07128231 A JP H07128231A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被検出空間において、妨害ガスの発生増加を
監視しながら、被検出ガスの発生増加を検出しうる構造
の簡単な赤外線式ガスセンサーを得る。 【構成】 干渉フィルター６の透過率が最大になる波長
が入射角に依存する性質を利用し、被検出ガスの発生及
び増加を干渉フィルターに垂直に入射する光１２を用い
て検出し、妨害ガスの発生及び増加を干渉フィルター６
に入射角θで入射する光１３を用いて検出する。
監視しながら、被検出ガスの発生増加を検出しうる構造
の簡単な赤外線式ガスセンサーを得る。 【構成】 干渉フィルター６の透過率が最大になる波長
が入射角に依存する性質を利用し、被検出ガスの発生及
び増加を干渉フィルターに垂直に入射する光１２を用い
て検出し、妨害ガスの発生及び増加を干渉フィルター６
に入射角θで入射する光１３を用いて検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被検出空間における特
定の被検出ガスの発生及び増加を、被検出空間に共存し
得る他の妨害ガスの発生及び増加を監視しながら、検出
するガスセンサーに関する。
定の被検出ガスの発生及び増加を、被検出空間に共存し
得る他の妨害ガスの発生及び増加を監視しながら、検出
するガスセンサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ガスセンサーとして、例えば
接触型化学センサーや赤外線分析計等が知られている。
接触型化学センサーは、センサー材料へのガス吸着によ
る熱化学的変化や電気化学的変化を測定するものであ
る。また、赤外線分析計は、基準セル、試料セル、干渉
セル等の数々のセルに赤外線を投射し、被検出空間にお
けるガスの赤外域の吸収スペクトルを測定するものであ
る。
接触型化学センサーや赤外線分析計等が知られている。
接触型化学センサーは、センサー材料へのガス吸着によ
る熱化学的変化や電気化学的変化を測定するものであ
る。また、赤外線分析計は、基準セル、試料セル、干渉
セル等の数々のセルに赤外線を投射し、被検出空間にお
けるガスの赤外域の吸収スペクトルを測定するものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、接触型化学セ
ンサーの場合、センサー自身に被検出ガスが直接接触し
ない限り被検出ガスの発生及び増加を検出することがで
きない。従って、ガスの拡散速度をＶｄ、許容検出時間
遅れをＴｄとすると、ガスの発生点からセンサーまでの
距離ＬはＶｄ×Ｔｄ以下にしなければならないという問
題点を有していた。また、一般的にガス選択性が悪く、
被検出ガス以外の共存ガスの発生による誤動作も多いと
いう問題点も有していた。一方、赤外線分析計の場合、
赤外域の吸収スペクトルを測定するために、回折格子や
プリズム等の分散様光学部品が必要であり、また、フィ
ルターを機械的に駆動するため装置の構成が大規模かつ
複雑になるという問題点を有していた。本発明は、大規
模な被検出空間における共存するガスの影響を除去し、
簡単な構成の赤外線式ガスセンサーを提供することを目
的とする。
ンサーの場合、センサー自身に被検出ガスが直接接触し
ない限り被検出ガスの発生及び増加を検出することがで
きない。従って、ガスの拡散速度をＶｄ、許容検出時間
遅れをＴｄとすると、ガスの発生点からセンサーまでの
距離ＬはＶｄ×Ｔｄ以下にしなければならないという問
題点を有していた。また、一般的にガス選択性が悪く、
被検出ガス以外の共存ガスの発生による誤動作も多いと
いう問題点も有していた。一方、赤外線分析計の場合、
赤外域の吸収スペクトルを測定するために、回折格子や
プリズム等の分散様光学部品が必要であり、また、フィ
ルターを機械的に駆動するため装置の構成が大規模かつ
複雑になるという問題点を有していた。本発明は、大規
模な被検出空間における共存するガスの影響を除去し、
簡単な構成の赤外線式ガスセンサーを提供することを目
的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１の赤外線式ガスセンサーは、光源と、
前記光源から発せられた光を被検出空間に投射する光学
系と、前記被検出空間を伝播してきた光をそれぞれ異な
った角度で反射する第１及び第２の反射鏡と、前記第１
及び第２の反射鏡により反射された光のうちいずれか一
方の光の進行方向に対して直角に配置され、前記第１及
び第２の反射鏡により反射された光のうち特定の波長の
光のみを透過させる干渉フィルターと、前記第１及び第
２の反射鏡により反射され、かつ前記干渉フィルターを
透過したそれぞれの光の強度を測定する第１及び第２の
光センサーと、前記第１の光センサーの出力と前記第２
の光センサーの出力の差を演算する減算手段と、前記第
１又は第２の光センサーの出力に基づいて前記被検出空
間における第１の波長の光を吸収する被検出ガスの発生
及び増加を検出し、前記減算手段からの出力信号に基づ
いて前記被検出空間における前記第１の波長とは異なる
第２の波長の光を吸収する他の妨害ガスの発生及び増加
を検出する検出手段とを具備するように構成されてい
る。また、本発明の第２の赤外線式ガスセンサーは、交
互に点滅する第１及び第２の光源と、前記第１及び第２
の光源から発せられた光をそれぞれ異なった角度で被検
出空間に投射する第１及び第２の光学系と、前記第１及
び第２の光源から発せられた光のうちいずれか一方の光
の進行方向に対して直角に配置され、前記第１及び第２
の光源から発せられた光のうち特定の波長の光のみを透
過させる干渉フィルターと、前記第１及び第２の光源か
ら発せられ、前記被検出空間を伝播し、かつ前記干渉フ
ィルターを透過してきた光の強度を測定する光センサー
と、前記第１及び第２の光源の点滅信号を参照信号とし
て前記光センサーの出力を位相検波するロックインアン
プと、前記ロックインアンプにより位相検波された２つ
の出力うちいずれか一方の出力に基づいて前記被検出空
間における第１の波長の光を吸収する被検出ガスの発生
及び増加を検出し、前記２つの出力の差に基づいて前記
第１の波長とは異なる第２の波長の光を吸収する他の妨
害ガスの発生及び増加を検出する検出手段とを具備する
ように構成されている。上記構成において、干渉フィル
ターに垂直入射する光に基づいて被検出ガスの発生及び
増加を検出することが好ましい。また、被検出ガスの吸
収波長をλ、干渉フィルターに垂直入射する光の透過率
が最大となる波長をλ0とした場合に、λ0＝λであるこ
とが好ましい。また、妨害ガスの吸収波長をλ−Δλ、
干渉フィルターに垂直ではないように入射する光の入射
角をθ、干渉フィルターに入射角θで入射する光の透過
率が最大となる波長λ（θ）、干渉フィルターのスペー
サーの有効屈折率をｎとした場合に、 λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2 であることが好ましい。また、本発明の第３の赤外線式
ガスセンサーは、光源と、前記光源から発せられた光を
被検出空間に投射する光学系と、前記被検出空間を伝播
してきた光をそれぞれ異なった角度で反射する第１、第
２及び第３の反射鏡と、前記第１、第２及び第３の反射
鏡により反射された光のうちいずれか１つの光の進行方
向に対して直角に配置され、前記第１、第２及び第３の
反射鏡により反射された光のうち特定の波長の光のみを
透過させる干渉フィルターと、前記第１、第２及び第３
の反射鏡により反射され、かつ前記干渉フィルターを透
過したそれぞれの光の強度を測定する第１、第２及び第
３の光センサーと、前記第１、第２及び第３の光センサ
ーの出力のいずれかに基づいて前記被検出空間における
第１の波長の光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を
検出し、残りの２つの光センサーのうちの一方の出力か
ら他方の光センサーの出力を減算した信号とに基づいて
前記被検出空間における前記第１の波長とは異なる第２
の波長の光を吸収する他の妨害ガスの発生及び増加を検
出する検出手段とを具備するように構成されている。ま
た、本発明の第４の赤外線式ガスセンサーは、第１の周
波数で点滅する第１の光源と、前記第１の周波数とは異
なる第２の周波数で交互に点滅する第２及び第３の光源
と、前記第１、第２及び第３の光源から発せられた光を
それぞれ異なった角度で被検出空間に投射する第１、第
２及び第３の光学系と、前記第１、第２及び第３の光源
から発せられた光のうちいずれか１つの光の進行方向に
対して直角に配置され、前記第１、第２及び第３の光源
から発せられた光のうち特定の波長の光のみを透過させ
る干渉フィルターと、前記第１、第２及び第３の光源か
ら発せられ、前記被検出空間を伝播してきた光の強度を
測定する光センサーと、前記第１の光源の点滅信号を参
照信号として前記光センサーの出力を位相検波する第１
のロックインアンプと、前記第２の光源の点滅信号を参
照信号として前記光センサーの出力を位相検波する第２
のロックインアンプ２と、前記第１のロックインアンプ
の出力に基づいて前記被検出空間における第１の波長の
光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を検出し、前記
第２のロックインアンプの２つの出力の差に基づいて前
記第１の波長とは異なる第２の波長の光を吸収する他の
妨害ガスの発生及び増加を検出する検出手段とを具備す
る具備するように構成されている。上記構成において、
干渉フィルターに垂直入射する光に基づいて被検出ガス
の発生及び増加を検出することが好ましい。また、被検
出ガスの吸収波長をλ、妨害ガスの吸収波長をλ−Δ
λ、干渉フィルターに垂直入射する光の透過率が最大と
なる波長をλ0、干渉フィルターに垂直ではないように
入射する２つの光のうち一方の光の入射角をθ、他方の
光の入射角をθ’（θ’＞θ）、干渉フィルターに入射
角θで入射する光の透過率が最大となる波長λ（θ）、
干渉フィルターのスペーサーの有効屈折率をｎとした場
合に、 λ0＝λ＋Δλ λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2＝λ λ（θ’）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ’／ｎ）2］1/2＝λ
−Δλ であることが好ましい。
め、本発明の第１の赤外線式ガスセンサーは、光源と、
前記光源から発せられた光を被検出空間に投射する光学
系と、前記被検出空間を伝播してきた光をそれぞれ異な
った角度で反射する第１及び第２の反射鏡と、前記第１
及び第２の反射鏡により反射された光のうちいずれか一
方の光の進行方向に対して直角に配置され、前記第１及
び第２の反射鏡により反射された光のうち特定の波長の
光のみを透過させる干渉フィルターと、前記第１及び第
２の反射鏡により反射され、かつ前記干渉フィルターを
透過したそれぞれの光の強度を測定する第１及び第２の
光センサーと、前記第１の光センサーの出力と前記第２
の光センサーの出力の差を演算する減算手段と、前記第
１又は第２の光センサーの出力に基づいて前記被検出空
間における第１の波長の光を吸収する被検出ガスの発生
及び増加を検出し、前記減算手段からの出力信号に基づ
いて前記被検出空間における前記第１の波長とは異なる
第２の波長の光を吸収する他の妨害ガスの発生及び増加
を検出する検出手段とを具備するように構成されてい
る。また、本発明の第２の赤外線式ガスセンサーは、交
互に点滅する第１及び第２の光源と、前記第１及び第２
の光源から発せられた光をそれぞれ異なった角度で被検
出空間に投射する第１及び第２の光学系と、前記第１及
び第２の光源から発せられた光のうちいずれか一方の光
の進行方向に対して直角に配置され、前記第１及び第２
の光源から発せられた光のうち特定の波長の光のみを透
過させる干渉フィルターと、前記第１及び第２の光源か
ら発せられ、前記被検出空間を伝播し、かつ前記干渉フ
ィルターを透過してきた光の強度を測定する光センサー
と、前記第１及び第２の光源の点滅信号を参照信号とし
て前記光センサーの出力を位相検波するロックインアン
プと、前記ロックインアンプにより位相検波された２つ
の出力うちいずれか一方の出力に基づいて前記被検出空
間における第１の波長の光を吸収する被検出ガスの発生
及び増加を検出し、前記２つの出力の差に基づいて前記
第１の波長とは異なる第２の波長の光を吸収する他の妨
害ガスの発生及び増加を検出する検出手段とを具備する
ように構成されている。上記構成において、干渉フィル
ターに垂直入射する光に基づいて被検出ガスの発生及び
増加を検出することが好ましい。また、被検出ガスの吸
収波長をλ、干渉フィルターに垂直入射する光の透過率
が最大となる波長をλ0とした場合に、λ0＝λであるこ
とが好ましい。また、妨害ガスの吸収波長をλ−Δλ、
干渉フィルターに垂直ではないように入射する光の入射
角をθ、干渉フィルターに入射角θで入射する光の透過
率が最大となる波長λ（θ）、干渉フィルターのスペー
サーの有効屈折率をｎとした場合に、 λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2 であることが好ましい。また、本発明の第３の赤外線式
ガスセンサーは、光源と、前記光源から発せられた光を
被検出空間に投射する光学系と、前記被検出空間を伝播
してきた光をそれぞれ異なった角度で反射する第１、第
２及び第３の反射鏡と、前記第１、第２及び第３の反射
鏡により反射された光のうちいずれか１つの光の進行方
向に対して直角に配置され、前記第１、第２及び第３の
反射鏡により反射された光のうち特定の波長の光のみを
透過させる干渉フィルターと、前記第１、第２及び第３
の反射鏡により反射され、かつ前記干渉フィルターを透
過したそれぞれの光の強度を測定する第１、第２及び第
３の光センサーと、前記第１、第２及び第３の光センサ
ーの出力のいずれかに基づいて前記被検出空間における
第１の波長の光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を
検出し、残りの２つの光センサーのうちの一方の出力か
ら他方の光センサーの出力を減算した信号とに基づいて
前記被検出空間における前記第１の波長とは異なる第２
の波長の光を吸収する他の妨害ガスの発生及び増加を検
出する検出手段とを具備するように構成されている。ま
た、本発明の第４の赤外線式ガスセンサーは、第１の周
波数で点滅する第１の光源と、前記第１の周波数とは異
なる第２の周波数で交互に点滅する第２及び第３の光源
と、前記第１、第２及び第３の光源から発せられた光を
それぞれ異なった角度で被検出空間に投射する第１、第
２及び第３の光学系と、前記第１、第２及び第３の光源
から発せられた光のうちいずれか１つの光の進行方向に
対して直角に配置され、前記第１、第２及び第３の光源
から発せられた光のうち特定の波長の光のみを透過させ
る干渉フィルターと、前記第１、第２及び第３の光源か
ら発せられ、前記被検出空間を伝播してきた光の強度を
測定する光センサーと、前記第１の光源の点滅信号を参
照信号として前記光センサーの出力を位相検波する第１
のロックインアンプと、前記第２の光源の点滅信号を参
照信号として前記光センサーの出力を位相検波する第２
のロックインアンプ２と、前記第１のロックインアンプ
の出力に基づいて前記被検出空間における第１の波長の
光を吸収する被検出ガスの発生及び増加を検出し、前記
第２のロックインアンプの２つの出力の差に基づいて前
記第１の波長とは異なる第２の波長の光を吸収する他の
妨害ガスの発生及び増加を検出する検出手段とを具備す
る具備するように構成されている。上記構成において、
干渉フィルターに垂直入射する光に基づいて被検出ガス
の発生及び増加を検出することが好ましい。また、被検
出ガスの吸収波長をλ、妨害ガスの吸収波長をλ−Δ
λ、干渉フィルターに垂直入射する光の透過率が最大と
なる波長をλ0、干渉フィルターに垂直ではないように
入射する２つの光のうち一方の光の入射角をθ、他方の
光の入射角をθ’（θ’＞θ）、干渉フィルターに入射
角θで入射する光の透過率が最大となる波長λ（θ）、
干渉フィルターのスペーサーの有効屈折率をｎとした場
合に、 λ0＝λ＋Δλ λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2＝λ λ（θ’）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ’／ｎ）2］1/2＝λ
−Δλ であることが好ましい。
【０００５】
【作用】本発明の原理を以下に説明する。酸素、窒素等
の対称２原子分子、ヘリウム、アルゴン等の単原子分子
以外の分子は、赤外領域において各分子固有の吸収スペ
クトルを持っている。これらの吸収スペクトルはローレ
ンツ型であり、ある固有の幅を有しており、この幅内に
おいて最大の吸収係数を示す波長が吸収波長である。従
って、被検出空間に光を投射して、被検出ガスの吸収ス
ペクトルの１つの吸収波長（例えば、波長λとする）の
光を干渉フィルター等で取り出し、この強度を測定する
ことにより被検出ガスの発生及び増加を検出することが
できる。しかし、一般的には、被検出空間に被検出ガス
のみが存在する場合は少なく、当該吸収スペクトルの幅
内に吸収波長を有する、すなわち吸収スペクトルが一部
重なっている他のガス（妨害ガス）が存在する。この場
合、この妨害ガスの発生及び増加を被検出ガスの発生及
び増加と誤検出してしまう。さらに、吸収スペクトルの
重なりがない場合であっても、干渉フィルターの透過帯
域内に妨害ガスの吸収スペクトルが存在する場合、同様
に妨害ガスの発生及び増加を被検出ガスの発生及び増加
と誤検出してしまう。
の対称２原子分子、ヘリウム、アルゴン等の単原子分子
以外の分子は、赤外領域において各分子固有の吸収スペ
クトルを持っている。これらの吸収スペクトルはローレ
ンツ型であり、ある固有の幅を有しており、この幅内に
おいて最大の吸収係数を示す波長が吸収波長である。従
って、被検出空間に光を投射して、被検出ガスの吸収ス
ペクトルの１つの吸収波長（例えば、波長λとする）の
光を干渉フィルター等で取り出し、この強度を測定する
ことにより被検出ガスの発生及び増加を検出することが
できる。しかし、一般的には、被検出空間に被検出ガス
のみが存在する場合は少なく、当該吸収スペクトルの幅
内に吸収波長を有する、すなわち吸収スペクトルが一部
重なっている他のガス（妨害ガス）が存在する。この場
合、この妨害ガスの発生及び増加を被検出ガスの発生及
び増加と誤検出してしまう。さらに、吸収スペクトルの
重なりがない場合であっても、干渉フィルターの透過帯
域内に妨害ガスの吸収スペクトルが存在する場合、同様
に妨害ガスの発生及び増加を被検出ガスの発生及び増加
と誤検出してしまう。
【０００６】このような誤検出を防止するべく、妨害ガ
スの発生及び増加を監視する方法を数式を用いて説明す
る。干渉フィルターの透過率が最大になる波長は入射角
θ（干渉フィルターの面に対する垂直方向と光の進行方
向とがなす角）によって僅かに変化する。これを（式
１）に示す。 λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2 ・・・・（式１） 但し、 λ（θ）：入射角がθの時、透過率が最大になる波長 λ0 ：θ＝０゜の時、透過率が最大になる波長 ｎ ：スペーサーの有効屈折率 である。なお、本式はθ＜５゜の範囲においておおむね
有効である。
スの発生及び増加を監視する方法を数式を用いて説明す
る。干渉フィルターの透過率が最大になる波長は入射角
θ（干渉フィルターの面に対する垂直方向と光の進行方
向とがなす角）によって僅かに変化する。これを（式
１）に示す。 λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2 ・・・・（式１） 但し、 λ（θ）：入射角がθの時、透過率が最大になる波長 λ0 ：θ＝０゜の時、透過率が最大になる波長 ｎ ：スペーサーの有効屈折率 である。なお、本式はθ＜５゜の範囲においておおむね
有効である。
【０００７】いま、被検出ガスの吸収波長がλ、妨害ガ
スの吸収波長がλ−Δλとする。λ０＝λの干渉フィル
ターに、被検出空間を伝搬した光をθ＝０゜になる様に
入射し、その透過光の強度を光センサー１で測定する。
同時に、（数１）においてλ（θ）＝λ−Δλを満たす
入射角θで、別の被検出空間を伝搬した光を当干渉フィ
ルターに入射し、その透過光の強度を光センサー２で測
定する。そして光センサー１、２の出力差Ｓを算出す
る。これを（式２）に示す。 Ｓ＝Ｓ２ーＳ１ ・・・・（式２） 但し、 Ｓ１ ：光センサー１の出力 Ｓ２ ：光センサー２の出力 である。なお、被検出ガス及び妨害ガスが共に存在しな
い時、Ｓ１＝Ｓ２を満たす様に調整する。このＳの値の
正負から妨害ガスの存在を検知することができる。すな
わち、Ｓの値が負を示した時、妨害ガスの発生を意味す
る。
スの吸収波長がλ−Δλとする。λ０＝λの干渉フィル
ターに、被検出空間を伝搬した光をθ＝０゜になる様に
入射し、その透過光の強度を光センサー１で測定する。
同時に、（数１）においてλ（θ）＝λ−Δλを満たす
入射角θで、別の被検出空間を伝搬した光を当干渉フィ
ルターに入射し、その透過光の強度を光センサー２で測
定する。そして光センサー１、２の出力差Ｓを算出す
る。これを（式２）に示す。 Ｓ＝Ｓ２ーＳ１ ・・・・（式２） 但し、 Ｓ１ ：光センサー１の出力 Ｓ２ ：光センサー２の出力 である。なお、被検出ガス及び妨害ガスが共に存在しな
い時、Ｓ１＝Ｓ２を満たす様に調整する。このＳの値の
正負から妨害ガスの存在を検知することができる。すな
わち、Ｓの値が負を示した時、妨害ガスの発生を意味す
る。
【０００８】しかし、このＳの値は、被検出ガス及び妨
害ガスが同時に発生または増加した場合、Ｓの値はほぼ
０になり、被検出ガスの発生及び／又は増加を検出でき
ない。この問題を解決するため、干渉フィルターの特性
及び光学系を変更し、光センサーを３個使用する方法が
考えられる。すなわち、被検出ガスの吸収波長をλ、妨
害ガスの吸収波長をλ−Δλとすると、λ0＝λ＋Δλ
の干渉フィルターに、（式１）においてλ（θ）＝λを
満たす入射角θで、被検出空間を伝播してきた光を当干
渉フィルターに入射させ、その透過光の強度を第１の光
センサーで測定する。同時に、（式１）においてλ
（θ’）＝λ−Δλを満たす入射角θ’（θ’＞θ）
で、別の被検出空間を伝播した光を当該干渉フィルター
に入射させ、その透過光の強度を別の第３の光センサー
で測定する。さらに、別の被検出空間を伝播してきた光
をθ＝０゜になるように当該干渉フィルターに入射さ
せ、その透過光の強度をさらに別の第２の光センサーで
測定する。そして第２及び第３の光センサーの出力差
Ｓ’を算出する。これを（式３）に示す。 Ｓ’＝Ｓ３ーＳ２ ・・・・（式３） 但し、 Ｓ２ ：第２の光センサーの出力 Ｓ３ ：第３の光センサーの出力 である。なお、被検出ガス及び妨害ガスが共に存在しな
い時、Ｓ２＝Ｓ３を満たす様に調整する。このＳ’の値
は、妨害ガスが存在しない場合は常に０であり、妨害ガ
スが存在する場合は常に負である。従って、被検出ガス
を第１の光センサーの出力Ｓ１で検出し、妨害ガスの存
在はＳ’の値から知ることができる。なお、吸収波長が
λよりも大きい新たな妨害ガスが発生した場合、Ｓ’の
値は正になる。
害ガスが同時に発生または増加した場合、Ｓの値はほぼ
０になり、被検出ガスの発生及び／又は増加を検出でき
ない。この問題を解決するため、干渉フィルターの特性
及び光学系を変更し、光センサーを３個使用する方法が
考えられる。すなわち、被検出ガスの吸収波長をλ、妨
害ガスの吸収波長をλ−Δλとすると、λ0＝λ＋Δλ
の干渉フィルターに、（式１）においてλ（θ）＝λを
満たす入射角θで、被検出空間を伝播してきた光を当干
渉フィルターに入射させ、その透過光の強度を第１の光
センサーで測定する。同時に、（式１）においてλ
（θ’）＝λ−Δλを満たす入射角θ’（θ’＞θ）
で、別の被検出空間を伝播した光を当該干渉フィルター
に入射させ、その透過光の強度を別の第３の光センサー
で測定する。さらに、別の被検出空間を伝播してきた光
をθ＝０゜になるように当該干渉フィルターに入射さ
せ、その透過光の強度をさらに別の第２の光センサーで
測定する。そして第２及び第３の光センサーの出力差
Ｓ’を算出する。これを（式３）に示す。 Ｓ’＝Ｓ３ーＳ２ ・・・・（式３） 但し、 Ｓ２ ：第２の光センサーの出力 Ｓ３ ：第３の光センサーの出力 である。なお、被検出ガス及び妨害ガスが共に存在しな
い時、Ｓ２＝Ｓ３を満たす様に調整する。このＳ’の値
は、妨害ガスが存在しない場合は常に０であり、妨害ガ
スが存在する場合は常に負である。従って、被検出ガス
を第１の光センサーの出力Ｓ１で検出し、妨害ガスの存
在はＳ’の値から知ることができる。なお、吸収波長が
λよりも大きい新たな妨害ガスが発生した場合、Ｓ’の
値は正になる。
【０００９】
＜第１の実施例＞本発明の赤外線式ガスセンサーの第１
の実施例を図１及び図２を用いて説明する。なお、本実
施例（以下の実施例も同様）は、メタノールガスセンサ
ーとして用いられる場合を例として説明する。メタノー
ルガスの吸収波長は３．３９μｍであり、吸収スペクト
ル幅は約０．２５μｍ（半値全幅）である。一方、妨害
ガスとしてトリクレンガスがあり、トリクレンガスの吸
収波長は３．２４μｍであり、吸収スペクトル幅は約
０．０５μｍである。従って吸収スペクトルが一部重な
っている。図１は第１の実施例に係る赤外線式ガスセン
サーの構成を示す図である。図１において、光源１は駆
動回路２により点滅駆動され、光源１から発せられた光
は光学系（レンズ）３により光ビーム１１に整形し、被
検出空間５０に照射される。被検出空間５０を隔てて、
第１及び第２の反射鏡４及び５が光学系（レンズ）３に
対向するように設けられている。第１の反射鏡４は、光
ビーム１１の半分を光ビーム１２として反射し、干渉フ
ィルター６に垂直に入射させる。第２の反射鏡５は、光
ビーム１１の残りの半分を光ビーム１３として反射し、
干渉フィルター６に入射角θで入射させる。干渉フィル
ター６の下方には第１及び第２の光センサー７及び８が
設けられている。第１の光センサー７には、第１の反射
鏡４により反射され、かつ干渉フィルター６を透過した
光ビーム１２が入射する。また、第２の光センサー８に
は、第２の反射鏡５により反射され、かつ干渉フィルタ
ー６を透過した光ビーム１３が入射する。差分器９は第
１の光センサー７の出力と第２の光センサー８の出力と
の差に相当する信号を出力する。ロックインアンプ１０
は差分器９の出力駆動回路２の駆動信号を参照信号とし
て位相検波する。被検出空間５０にはメタノール及びト
リクレンガスが含まれている可能性がある大気が存在し
ている。
の実施例を図１及び図２を用いて説明する。なお、本実
施例（以下の実施例も同様）は、メタノールガスセンサ
ーとして用いられる場合を例として説明する。メタノー
ルガスの吸収波長は３．３９μｍであり、吸収スペクト
ル幅は約０．２５μｍ（半値全幅）である。一方、妨害
ガスとしてトリクレンガスがあり、トリクレンガスの吸
収波長は３．２４μｍであり、吸収スペクトル幅は約
０．０５μｍである。従って吸収スペクトルが一部重な
っている。図１は第１の実施例に係る赤外線式ガスセン
サーの構成を示す図である。図１において、光源１は駆
動回路２により点滅駆動され、光源１から発せられた光
は光学系（レンズ）３により光ビーム１１に整形し、被
検出空間５０に照射される。被検出空間５０を隔てて、
第１及び第２の反射鏡４及び５が光学系（レンズ）３に
対向するように設けられている。第１の反射鏡４は、光
ビーム１１の半分を光ビーム１２として反射し、干渉フ
ィルター６に垂直に入射させる。第２の反射鏡５は、光
ビーム１１の残りの半分を光ビーム１３として反射し、
干渉フィルター６に入射角θで入射させる。干渉フィル
ター６の下方には第１及び第２の光センサー７及び８が
設けられている。第１の光センサー７には、第１の反射
鏡４により反射され、かつ干渉フィルター６を透過した
光ビーム１２が入射する。また、第２の光センサー８に
は、第２の反射鏡５により反射され、かつ干渉フィルタ
ー６を透過した光ビーム１３が入射する。差分器９は第
１の光センサー７の出力と第２の光センサー８の出力と
の差に相当する信号を出力する。ロックインアンプ１０
は差分器９の出力駆動回路２の駆動信号を参照信号とし
て位相検波する。被検出空間５０にはメタノール及びト
リクレンガスが含まれている可能性がある大気が存在し
ている。
【００１０】光源１としては、ＳｉＣ等による黒体炉で
も良く、また、点滅可能なランプでもよい。本実施例で
は、数Ｈｚで点滅可能な２０Ｗのハロゲンランプを用い
た。干渉フィルター６として誘電体多層薄膜型干渉フィ
ルターを用い、垂直入射の波長λ０＝３．３９μｍ（帯
域＝０．２μｍ）の光を透過率Ｔ＝０．６で透過させ
る。第１及び第２の光センサー７及び８として、感度の
波長依存性がなく、冷却が不要な焦電型光センサーを用
いた。ロックインアンプ１０の出力が（式２）に示した
Ｓに相当する。ロックインアンプ１０の出力をモニター
することにより、被検出空間２０において、妨害ガスで
あるトリクレンガスの発生を監視しながら、被検出ガス
であるメターノールガスの発生を検出することができ
た。すなわち、トリクレンガスの発生をメタノールガス
の発生と誤検出することはなかった。
も良く、また、点滅可能なランプでもよい。本実施例で
は、数Ｈｚで点滅可能な２０Ｗのハロゲンランプを用い
た。干渉フィルター６として誘電体多層薄膜型干渉フィ
ルターを用い、垂直入射の波長λ０＝３．３９μｍ（帯
域＝０．２μｍ）の光を透過率Ｔ＝０．６で透過させ
る。第１及び第２の光センサー７及び８として、感度の
波長依存性がなく、冷却が不要な焦電型光センサーを用
いた。ロックインアンプ１０の出力が（式２）に示した
Ｓに相当する。ロックインアンプ１０の出力をモニター
することにより、被検出空間２０において、妨害ガスで
あるトリクレンガスの発生を監視しながら、被検出ガス
であるメターノールガスの発生を検出することができ
た。すなわち、トリクレンガスの発生をメタノールガス
の発生と誤検出することはなかった。
【００１１】図１に示したフィルター６、第１及び第２
の光センサー７及び８、差分器９を一体型構成にした素
子の断面構成を図２に示す。図２において、ＭｇＯ等の
基板１４上にスパッタ法等によりＰｔ等の電極１５が形
成されている。電極１５の上には、ＰｂＴｉＯ3、Ｌｉ
ＴａＯ3，Ｐｂ1-xＬａxＴｉ1-x/4Ｏ3（ｘ＝０〜０．２
５）等の焦電材料をスパッタ法等によって同一方向に配
向した薄膜１６及び１７が形成されている。焦電材料の
薄膜１６及び１７の上には、スパッタ法等により電極１
８及び１９が形成されている。電極１８及び１９の材料
としては、赤外域の吸収率が良いＮｉＣｒ，Ｓｂ等を用
いる。電極１８及び１９の上には、図１における干渉フ
ィルター６に相当する誘電体多層膜干渉フィルター２０
及び２１が設けられている。誘電体多層膜干渉フィルタ
ー２０及び２１は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｅ，Ｔｅ，ＬｉＦ，
ＮａＦ，ＣａＦ2，ＭｇＦ2等で形成された薄膜の組み合
わせにより構成されている。なお、焦電材料１６と１７
との間、電極１８と１９との間の各素子間は、薄膜形成
時にマスクを用いるか、または形成後にエッチングによ
って分離する。
の光センサー７及び８、差分器９を一体型構成にした素
子の断面構成を図２に示す。図２において、ＭｇＯ等の
基板１４上にスパッタ法等によりＰｔ等の電極１５が形
成されている。電極１５の上には、ＰｂＴｉＯ3、Ｌｉ
ＴａＯ3，Ｐｂ1-xＬａxＴｉ1-x/4Ｏ3（ｘ＝０〜０．２
５）等の焦電材料をスパッタ法等によって同一方向に配
向した薄膜１６及び１７が形成されている。焦電材料の
薄膜１６及び１７の上には、スパッタ法等により電極１
８及び１９が形成されている。電極１８及び１９の材料
としては、赤外域の吸収率が良いＮｉＣｒ，Ｓｂ等を用
いる。電極１８及び１９の上には、図１における干渉フ
ィルター６に相当する誘電体多層膜干渉フィルター２０
及び２１が設けられている。誘電体多層膜干渉フィルタ
ー２０及び２１は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｅ，Ｔｅ，ＬｉＦ，
ＮａＦ，ＣａＦ2，ＭｇＦ2等で形成された薄膜の組み合
わせにより構成されている。なお、焦電材料１６と１７
との間、電極１８と１９との間の各素子間は、薄膜形成
時にマスクを用いるか、または形成後にエッチングによ
って分離する。
【００１２】図２に示す一体型素子の場合、電極１８と
１９との間の信号が差分器９の信号に相当する。その理
由は、焦電材料１６及び１７は同一方向に配向されてい
るので、電極１５を介してお互いに極性が向かい合うよ
うに接続されており、従って、電極１８と１９との間の
信号は誘電体多層膜干渉フィルター２０及び２１をそれ
ぞれ別個に透過した赤外線の強度の差に相当するからで
ある。このような一体型素子は、直径２〜６ｍｍ、厚さ
２〜５ｍｍ程度の容器に収納することができ、装置の小
型化、簡単化、低廉化、堅牢化に有効である。
１９との間の信号が差分器９の信号に相当する。その理
由は、焦電材料１６及び１７は同一方向に配向されてい
るので、電極１５を介してお互いに極性が向かい合うよ
うに接続されており、従って、電極１８と１９との間の
信号は誘電体多層膜干渉フィルター２０及び２１をそれ
ぞれ別個に透過した赤外線の強度の差に相当するからで
ある。このような一体型素子は、直径２〜６ｍｍ、厚さ
２〜５ｍｍ程度の容器に収納することができ、装置の小
型化、簡単化、低廉化、堅牢化に有効である。
【００１３】なお、本実施例では、光源１を点滅させる
構成としたが、光源１を常に発光させ、機械的チョッパ
ー等により光源１からの光をチョッピングしても同様の
効果が得られる。また、背景雑音が十分に小さく、第１
及び第２の光センサー７及び８、及び差分器９の直流的
安定度が十分良い場合は、光源１の点滅、機械的チョッ
パー、ロックインアンプ１０は不要になる。
構成としたが、光源１を常に発光させ、機械的チョッパ
ー等により光源１からの光をチョッピングしても同様の
効果が得られる。また、背景雑音が十分に小さく、第１
及び第２の光センサー７及び８、及び差分器９の直流的
安定度が十分良い場合は、光源１の点滅、機械的チョッ
パー、ロックインアンプ１０は不要になる。
【００１４】＜第２の実施例＞次に、本発明の赤外線式
ガスセンサーの第２の実施例を図３を用いて説明する。
なお、図１に示す第１の実施例と同一の番号を付した構
成要素は実質的に同一であるため、その説明を省略す
る。図３において、第１及び第２の光源２２及び２３は
点滅可能であり、駆動回路２４により交互に点灯され
る。また、駆動回路２４の駆動信号はロックインアンプ
１０に参照信号として供給される。第１及び第２の光源
２２及び２３から発せられた光は、第１及び第２の光学
系（レンズ）２５及び２６により光ビーム２７及び２８
に整形され、被検出空間５０に投射される。光ビーム２
８は干渉フィルター６に垂直に入射し、光センサー７に
到達する。一方、光ビーム２７は干渉フィルター６に入
射角θで入射し、光センサー７に到達する。光センサー
７には、光源２３から発せられ、干渉フィルター６に垂
直に入射し、干渉フィルター６を透過した光と、光源２
２から発せられ、干渉フィルター６に入射角θで入射
し、干渉フィルター６を透過した光とが交互に到達す
る。この光センサー７の出力をロックインアンプ１０に
より位相検波する。ロックインアンプ１０の出力が（式
２）に示したＳに相当する。このロックインアンプ１０
の出力をモニターすることにより、被検出空間５０にお
いて、妨害ガスであるトリクレンガスの発生を監視しな
がら、被検出ガスであるメターノールガスの発生を検出
することができた。すなわち、トリクレンガスの発生を
メタノールガスの発生と誤検出することはなかった。
ガスセンサーの第２の実施例を図３を用いて説明する。
なお、図１に示す第１の実施例と同一の番号を付した構
成要素は実質的に同一であるため、その説明を省略す
る。図３において、第１及び第２の光源２２及び２３は
点滅可能であり、駆動回路２４により交互に点灯され
る。また、駆動回路２４の駆動信号はロックインアンプ
１０に参照信号として供給される。第１及び第２の光源
２２及び２３から発せられた光は、第１及び第２の光学
系（レンズ）２５及び２６により光ビーム２７及び２８
に整形され、被検出空間５０に投射される。光ビーム２
８は干渉フィルター６に垂直に入射し、光センサー７に
到達する。一方、光ビーム２７は干渉フィルター６に入
射角θで入射し、光センサー７に到達する。光センサー
７には、光源２３から発せられ、干渉フィルター６に垂
直に入射し、干渉フィルター６を透過した光と、光源２
２から発せられ、干渉フィルター６に入射角θで入射
し、干渉フィルター６を透過した光とが交互に到達す
る。この光センサー７の出力をロックインアンプ１０に
より位相検波する。ロックインアンプ１０の出力が（式
２）に示したＳに相当する。このロックインアンプ１０
の出力をモニターすることにより、被検出空間５０にお
いて、妨害ガスであるトリクレンガスの発生を監視しな
がら、被検出ガスであるメターノールガスの発生を検出
することができた。すなわち、トリクレンガスの発生を
メタノールガスの発生と誤検出することはなかった。
【００１５】なお、この第２の実施例では、前記第１の
実施例の場合と同様に、被検出ガス及び妨害ガスが共に
存在しない時、（式２）のＳ１＝Ｓ２を満たすように第
１及び第２の光センサー７及び８の出力を調整する必要
がある。しかし、この調整は第１の実施例の場合よりは
容易である。すなわち、第１の実施例の場合Ｓ１及びＳ
２を調整するために第１及び第２の反射鏡４及び５の位
置を調整しなければならないが、第２の実施例の場合第
１及び第２の光源２２及び２３の発光強度を電気的に制
御すれば足りる。さらに、第２の実施例では光センサー
を１個しか用いていないため、光センサーの感度にばら
つきが存在しても容易に対応し得る。
実施例の場合と同様に、被検出ガス及び妨害ガスが共に
存在しない時、（式２）のＳ１＝Ｓ２を満たすように第
１及び第２の光センサー７及び８の出力を調整する必要
がある。しかし、この調整は第１の実施例の場合よりは
容易である。すなわち、第１の実施例の場合Ｓ１及びＳ
２を調整するために第１及び第２の反射鏡４及び５の位
置を調整しなければならないが、第２の実施例の場合第
１及び第２の光源２２及び２３の発光強度を電気的に制
御すれば足りる。さらに、第２の実施例では光センサー
を１個しか用いていないため、光センサーの感度にばら
つきが存在しても容易に対応し得る。
【００１６】＜第３の実施例＞次に、本発明の赤外線式
ガスセンサーの第３の実施例を図４を用いて説明する。
なお、図１に示す第１の実施例と同一の番号を付した構
成要素は実質的に同一であるため、その説明を省略す
る。図４において、被検出空間５０を挟んで光学系（レ
ンズ）３に対向する位置には、第１、第２及び第３の反
射鏡４、５及び５’が設けられている。第１の反射鏡４
は光ビーム１１の１／３を光ビーム１２として反射し、
干渉フィルター６に垂直に入射させる。第２の反射鏡５
は光ビーム１１の残りの半分を光ビーム１３として反射
し、干渉フィルター６に入射角θで入射させる。第３の
反射鏡５’は光ビーム１１の残りを光ビーム１３’とし
て反射し、干渉フィルター６に入射角θ’で入射させ
る。干渉フィルター６の下方には第１、第２及び第３の
光センサー７、８及び８’が設けられている。各光セン
サー７、８及び８’にはそれぞれ干渉フィルター６を透
過した光ビーム１２、１３及び１３’が入射する。差分
器９は第２の光センサー８の出力と第３の光センサー
８’の出力との差に相当する信号を発生する。第１のロ
クインアンプ１０は駆動回路２の駆動信号を参照信号と
して、差分器９からの出力信号を位相検波する。また、
第２のロックインアンプ１０’は、駆動回路２の駆動信
号を参照信号として第１の光センサー７の出力を位相検
波する。第１のロックインアンプ１０の出力が（式３）
に示したＳ’に相当する。これら第１及び第２のロック
インアンプ１０及び１０’の出力をモニターすることに
より、被検出空間５０おいて、妨害ガスであるトリクレ
ンガスの発生を監視しながら、被検出ガスであるメター
ノールガスの発生を検出できた。すなわち、トリクレン
ガスの発生をメタノールガスの発生と誤検出することは
なく、かつ両ガスが同時に同程度発生したことも検出で
きた。
ガスセンサーの第３の実施例を図４を用いて説明する。
なお、図１に示す第１の実施例と同一の番号を付した構
成要素は実質的に同一であるため、その説明を省略す
る。図４において、被検出空間５０を挟んで光学系（レ
ンズ）３に対向する位置には、第１、第２及び第３の反
射鏡４、５及び５’が設けられている。第１の反射鏡４
は光ビーム１１の１／３を光ビーム１２として反射し、
干渉フィルター６に垂直に入射させる。第２の反射鏡５
は光ビーム１１の残りの半分を光ビーム１３として反射
し、干渉フィルター６に入射角θで入射させる。第３の
反射鏡５’は光ビーム１１の残りを光ビーム１３’とし
て反射し、干渉フィルター６に入射角θ’で入射させ
る。干渉フィルター６の下方には第１、第２及び第３の
光センサー７、８及び８’が設けられている。各光セン
サー７、８及び８’にはそれぞれ干渉フィルター６を透
過した光ビーム１２、１３及び１３’が入射する。差分
器９は第２の光センサー８の出力と第３の光センサー
８’の出力との差に相当する信号を発生する。第１のロ
クインアンプ１０は駆動回路２の駆動信号を参照信号と
して、差分器９からの出力信号を位相検波する。また、
第２のロックインアンプ１０’は、駆動回路２の駆動信
号を参照信号として第１の光センサー７の出力を位相検
波する。第１のロックインアンプ１０の出力が（式３）
に示したＳ’に相当する。これら第１及び第２のロック
インアンプ１０及び１０’の出力をモニターすることに
より、被検出空間５０おいて、妨害ガスであるトリクレ
ンガスの発生を監視しながら、被検出ガスであるメター
ノールガスの発生を検出できた。すなわち、トリクレン
ガスの発生をメタノールガスの発生と誤検出することは
なく、かつ両ガスが同時に同程度発生したことも検出で
きた。
【００１７】＜第４の実施例＞次に、本発明の赤外線式
ガスセンサーの第４の実施例を図５を用いて説明する。
なお、図３に示す第２の実施例と同一の番号を付した構
成要素は実質的に同一であるため、その説明を省略す
る。図５において、第１、第２及び第３の光源２２、２
３及び２３’はそれぞれ点滅可能であり、駆動回路２
４’により点滅駆動される。駆動回路２４’は、第１の
光源２２を周波数１．４Ｈｚで点滅させ、また、第２及
び第３の光源２３及び２３’を交互に周波数５Ｈｚで点
滅させる。駆動回路１４’の１．４Ｈｚの駆動信号は第
２のロックインアンプ１０’に、また、５Ｈｚの駆動信
号は第１のロックインアンプ１０にそれぞれ参照信号と
して供給される。第３の光学系（レンズ）２６’は、第
３の光源２３’から発せられた光を光ビーム２８’に整
形し、被検出空間に投射する。被検出空間５０を透過し
た光ビーム２８’は、入射角θ’で干渉フィルター６に
入射し、干渉フィルター６を透過した後光センサー７に
到達する。光センサー７には、第１の光源２２から発せ
られ、干渉フィルター６に入射角θで入射し、かつ干渉
フィルター６を透過した光ビーム２７が到達する。それ
と同時に、光源２３から発せられた光ビーム２８と、第
３の光源２３’から発せられた光ビーム２８’とが交互
に到達する。光センサー７の出力を位相検波する第１の
ロックインアンプ１０の出力が（式３）に示したＳに相
当する。これら第１及び第２のロックインアンプ１０及
び１０’の出力をモニターすることにより、被検出空間
５０おいて、妨害ガスであるトリクレンガスの発生を監
視しながら、被検出ガスであるメターノールガスの発生
を検出することができた。すなわち、トリクレンガスの
発生をメタノールガスの発生と誤検出することはなく、
かつ両ガスが同時に同程度発生したことも検出できた。
ガスセンサーの第４の実施例を図５を用いて説明する。
なお、図３に示す第２の実施例と同一の番号を付した構
成要素は実質的に同一であるため、その説明を省略す
る。図５において、第１、第２及び第３の光源２２、２
３及び２３’はそれぞれ点滅可能であり、駆動回路２
４’により点滅駆動される。駆動回路２４’は、第１の
光源２２を周波数１．４Ｈｚで点滅させ、また、第２及
び第３の光源２３及び２３’を交互に周波数５Ｈｚで点
滅させる。駆動回路１４’の１．４Ｈｚの駆動信号は第
２のロックインアンプ１０’に、また、５Ｈｚの駆動信
号は第１のロックインアンプ１０にそれぞれ参照信号と
して供給される。第３の光学系（レンズ）２６’は、第
３の光源２３’から発せられた光を光ビーム２８’に整
形し、被検出空間に投射する。被検出空間５０を透過し
た光ビーム２８’は、入射角θ’で干渉フィルター６に
入射し、干渉フィルター６を透過した後光センサー７に
到達する。光センサー７には、第１の光源２２から発せ
られ、干渉フィルター６に入射角θで入射し、かつ干渉
フィルター６を透過した光ビーム２７が到達する。それ
と同時に、光源２３から発せられた光ビーム２８と、第
３の光源２３’から発せられた光ビーム２８’とが交互
に到達する。光センサー７の出力を位相検波する第１の
ロックインアンプ１０の出力が（式３）に示したＳに相
当する。これら第１及び第２のロックインアンプ１０及
び１０’の出力をモニターすることにより、被検出空間
５０おいて、妨害ガスであるトリクレンガスの発生を監
視しながら、被検出ガスであるメターノールガスの発生
を検出することができた。すなわち、トリクレンガスの
発生をメタノールガスの発生と誤検出することはなく、
かつ両ガスが同時に同程度発生したことも検出できた。
【００１８】なお、第４の実施例は、前記第３の実施例
と同じく、被検出ガス及び妨害ガスが共に存在しない
時、（式３）のＳ２＝Ｓ３を満たす様に光センサーの出
力を調整する必要がある。しかし、この調整は、第２の
実施例で述べた理由と同じ理由により、第３の実施例の
場合よりも容易である。
と同じく、被検出ガス及び妨害ガスが共に存在しない
時、（式３）のＳ２＝Ｓ３を満たす様に光センサーの出
力を調整する必要がある。しかし、この調整は、第２の
実施例で述べた理由と同じ理由により、第３の実施例の
場合よりも容易である。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、干渉フ
ィルターの透過率が最大になる波長が入射角に依存する
性質を利用し、被検出ガスの発生及び増加を干渉フィル
ターに垂直に入射する光を用いて検出し、妨害ガスの発
生及び増加を干渉フィルターの入射角θで入射する光を
用いて検出するように構成したので、妨害ガスの発生及
び増加を監視しながら被検出ガスの発生増加を検出する
ことができるという効果を有する。
ィルターの透過率が最大になる波長が入射角に依存する
性質を利用し、被検出ガスの発生及び増加を干渉フィル
ターに垂直に入射する光を用いて検出し、妨害ガスの発
生及び増加を干渉フィルターの入射角θで入射する光を
用いて検出するように構成したので、妨害ガスの発生及
び増加を監視しながら被検出ガスの発生増加を検出する
ことができるという効果を有する。
【図１】本発明の赤外線式ガスセンサーの第１の実施例
の構成を示す図
の構成を示す図
【図２】第１の実施例における干渉フィルター、第１及
び第２の光センサー及び差分器を一体構成にした素子の
構成を示す断面図
び第２の光センサー及び差分器を一体構成にした素子の
構成を示す断面図
【図３】本発明の赤外線式ガスセンサーの第２の実施例
の構成を示す図
の構成を示す図
【図４】本発明の赤外線式ガスセンサーの第３の実施例
の構成を示す図
の構成を示す図
【図５】本発明の赤外線式ガスセンサーの第４の実施例
の構成を示す図
の構成を示す図
１ ：光源 ２ ：駆動回路 ３ ：光学系（レンズ） ４ ：第１の反射鏡 ５ ：第２の反射鏡 ５’ ：第３の反射鏡 ６ ：干渉フィルター ７ ：第１の光センサー ８ ：第２の光センサー ８’ ：第３の光センサー ９ ：差分器 １０ ：第１のロックインアンプ １０’：第２のロックインアンプ １１ ：光ビーム １２ ：光ビーム １３ ：光ビーム １３’：光ビーム １４ ：基板 １５ ：電極 １６ ：焦電材料 １７ ：焦電材料 １８ ：電極 １９ ：電極 ２０ ：フィルター ２１ ：フィルター ２２ ：第１の光源 ２３ ：第２の光源 ２３’：第３の光源 ２４ ：駆動回路 ２４’：駆動回路 ２５ ：第１の光学系（レンズ） ２６ ：第２の光学系（レンズ） ２６’：第３の光学系（レンズ） ２７ ：光ビーム ２８ ：光ビーム ２８’：光ビーム ５０ ：被検出空間 要約書の書式
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 賢二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (9)
- 【請求項１】 光源と、 前記光源から発せられた光を被検出空間に投射する光学
系と、 前記被検出空間を伝播してきた光をそれぞれ異なった角
度で反射する第１及び第２の反射鏡と、 前記第１及び第２の反射鏡により反射された光のうちい
ずれか一方の光の進行方向に対して直角に配置され、前
記第１及び第２の反射鏡により反射された光のうち特定
の波長の光のみを透過させる干渉フィルターと、 前記第１及び第２の反射鏡により反射され、かつ前記干
渉フィルターを透過したそれぞれの光の強度を測定する
第１及び第２の光センサーと、 前記第１の光センサーの出力と前記第２の光センサーの
出力の差を演算する減算手段と、 前記第１又は第２の光センサーの出力に基づいて前記被
検出空間における第１の波長の光を吸収する被検出ガス
の発生及び増加を検出し、前記減算手段からの出力信号
に基づいて前記被検出空間における前記第１の波長とは
異なる第２の波長の光を吸収する他の妨害ガスの発生及
び増加を検出する検出手段とを具備する赤外線式ガスセ
ンサー。 - 【請求項２】 交互に点滅する第１及び第２の光源と、 前記第１及び第２の光源から発せられた光をそれぞれ異
なった角度で被検出空間に投射する第１及び第２の光学
系と、 前記第１及び第２の光源から発せられた光のうちいずれ
か一方の光の進行方向に対して直角に配置され、前記第
１及び第２の光源から発せられた光のうち特定の波長の
光のみを透過させる干渉フィルターと、 前記第１及び第２の光源から発せられ、前記被検出空間
を伝播し、かつ前記干渉フィルターを透過してきた光の
強度を測定する光センサーと、 前記第１及び第２の光源の点滅信号を参照信号として前
記光センサーの出力を位相検波するロックインアンプ
と、 前記ロックインアンプにより位相検波された２つの出力
うちいずれか一方の出力に基づいて前記被検出空間にお
ける第１の波長の光を吸収する被検出ガスの発生及び増
加を検出し、前記２つの出力の差に基づいて前記第１の
波長とは異なる第２の波長の光を吸収する他の妨害ガス
の発生及び増加を検出する検出手段とを具備する赤外線
式ガスセンサー。 - 【請求項３】 干渉フィルターに垂直入射する光に基づ
いて被検出ガスの発生及び増加を検出することを特徴と
する請求項１又は２記載の赤外線式ガスセンサー。 - 【請求項４】 被検出ガスの吸収波長をλ、干渉フィル
ターに垂直入射する光の透過率が最大となる波長をλ0
とした場合に、λ0＝λであることを特徴とする請求項
１又は２記載の赤外線式ガスセンサー。 - 【請求項５】 妨害ガスの吸収波長をλ−Δλ、干渉フ
ィルターに垂直ではないように入射する光の入射角を
θ、干渉フィルターに入射角θで入射する光の透過率が
最大となる波長λ（θ）、干渉フィルターのスペーサー
の有効屈折率をｎとした場合に、 λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2 であることを特徴とする請求項４記載の赤外線式ガスセ
ンサー。 - 【請求項６】 光源と、 前記光源から発せられた光を被検出空間に投射する光学
系と、 前記被検出空間を伝播してきた光をそれぞれ異なった角
度で反射する第１、第２及び第３の反射鏡と、 前記第１、第２及び第３の反射鏡により反射された光の
うちいずれか１つの光の進行方向に対して直角に配置さ
れ、前記第１、第２及び第３の反射鏡により反射された
光のうち特定の波長の光のみを透過させる干渉フィルタ
ーと、 前記第１、第２及び第３の反射鏡により反射され、かつ
前記干渉フィルターを透過したそれぞれの光の強度を測
定する第１、第２及び第３の光センサーと、 前記第１、第２及び第３の光センサーの出力のいずれか
に基づいて前記被検出空間における第１の波長の光を吸
収する被検出ガスの発生及び増加を検出し、残りの２つ
の光センサーのうちの一方の出力から他方の光センサー
の出力を減算した信号とに基づいて前記被検出空間にお
ける前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を吸収す
る他の妨害ガスの発生及び増加を検出する検出手段とを
具備する赤外線式ガスセンサー。 - 【請求項７】 第１の周波数で点滅する第１の光源と、 前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で交互に点滅
する第２及び第３の光源と、 前記第１、第２及び第３の光源から発せられた光をそれ
ぞれ異なった角度で被検出空間に投射する第１、第２及
び第３の光学系と、 前記第１、第２及び第３の光源から発せられた光のうち
いずれか１つの光の進行方向に対して直角に配置され、
前記第１、第２及び第３の光源から発せられた光のうち
特定の波長の光のみを透過させる干渉フィルターと、 前記第１、第２及び第３の光源から発せられ、前記被検
出空間を伝播してきた光の強度を測定する光センサー
と、 前記第１の光源の点滅信号を参照信号として前記光セン
サーの出力を位相検波する第１のロックインアンプと、 前記第２の光源の点滅信号を参照信号として前記光セン
サーの出力を位相検波する第２のロックインアンプ２
と、 前記第１のロックインアンプの出力に基づいて前記被検
出空間における第１の波長の光を吸収する被検出ガスの
発生及び増加を検出し、前記第２のロックインアンプの
２つの出力の差に基づいて前記第１の波長とは異なる第
２の波長の光を吸収する他の妨害ガスの発生及び増加を
検出する検出手段とを具備する赤外線式ガスセンサー。 - 【請求項８】 干渉フィルターに垂直入射する光に基づ
いて被検出ガスの発生及び増加を検出することを特徴と
する請求項６又は７記載の赤外線式ガスセンサー。 - 【請求項９】 被検出ガスの吸収波長をλ、妨害ガスの
吸収波長をλ−Δλ、干渉フィルターに垂直入射する光
の透過率が最大となる波長をλ0、干渉フィルターに垂
直ではないように入射する２つの光のうち一方の光の入
射角をθ、他方の光の入射角をθ’（θ’＞θ）、干渉
フィルターに入射角θで入射する光の透過率が最大とな
る波長λ（θ）、干渉フィルターのスペーサーの有効屈
折率をｎとした場合に、 λ0＝λ＋Δλ λ（θ）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ／ｎ）2］1/2＝λ λ（θ’）＝λ0［１−（Ｓｉｎθ’／ｎ）2］1/2＝λ
−Δλ であることを特徴とする請求項６又は７記載の赤外線式
ガスセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27793793A JPH07128231A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 赤外線式ガスセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27793793A JPH07128231A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 赤外線式ガスセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07128231A true JPH07128231A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17590364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27793793A Pending JPH07128231A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | 赤外線式ガスセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07128231A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-11-08 JP JP27793793A patent/JPH07128231A/ja active Pending
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