JPH07198589A - 一点集中型高密度光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料および形状の制約を受けることなく、任
意の波長の光を発光できると共に、耐久性にも優れた一
点集中型高密度光源を提供すること。 【方法】 耐熱材からなる点形状の発光部３に、指向性
を持つ照射源５から光６を集中照射して加熱し、その温
度に応じて発光させるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば赤外線ガス分析
計の光源として用いられる一点集中型高密度光源に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、例えば赤外線ガス分
析計などに用いられる赤外線光源９は、セル７に近接す
るように設置され、この光源９からの赤外線をセル７内
のサンプルガスに照射し、サンプルガスによって吸収さ
れた赤外線を測定することにより、サンプルガスの成分
を測定することができる。

【０００３】図４において、光源９は例えばアルミニウ
ムよりなる略回転放物線型のリフレクタ92と、リフレク
タ92の焦点位置Ｐを中心にするように設けられたフィラ
メント93、フィラメント93を支持し且つフィラメントに
電力を供給する支持部材94、該支持部材94を前記リフレ
クタとの絶縁性を保った状態でかつ気密に固定するハー
メチックシール95および開口部に窓材96を設けてなって
いる。

【０００４】前記フィラメント93はリフレクタ92の焦点
位置Ｐを中心として位置しているので、フィラメント93
から放射された赤外線Ｌ₁₀は、リフレクタ92によって反
射してほぼ平行光になり、セル７内のサンプルガスを通
過して、検出部８に照射される。また、前記光源９内部
の気密な空間には、窒素ガスなどの不活性ガスを充填
し、フィラメント93の酸化防止を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
光源９では、発光部にニクロム線などをコイル状にした
フィラメント93を用いているため、発光部にある程度の
体積が必要である。従って、前記焦点位置Ｐを中心にフ
ィラメント93を設置したとしても、例えばフィラメント
93の端部で生じた赤外線Ｌ₁₁は該焦点位置Ｐよりずれて
いるために、平行光にならないで、前記セル７の内壁に
反射しながら検出部８に照射される。

【０００６】このため、検出部８で測定する赤外線の中
には前記セル７の内壁70によって反射した反射光Ｌ₁₁が
含まれており、この反射光Ｌ₁₁はセル７の内壁70がサン
プルガスなどによって汚染するとその影響を大きく受け
ることになる。このため、検出部８によって測定される
赤外線が前記セル７の内壁70の汚れによって影響を受け
て、分析結果に大きな影響を与えることがあった。

【０００７】また、発光部にフィラメント93を用いてい
るため、上述したように、光源９の開口部に窓材96を設
けて、その内部の気密な空間には、窒素ガスなどの不活
性ガスを充填して、フィラメント93の酸化防止を図り、
フィラメント93の寿命を長くしているのであるが、この
ような構成には製作費の引き上げが伴っている。また、
何れにしてもフィラメント93には寿命があるので、フィ
ラメント93による光源９はフィラメント93が切れると交
換する必要があった。

【０００８】さらに、前記フィラメント93による自己発
光では電源を供給する必要があるため、支持部材94はリ
ード線を有すると共に、リード線とリフレクタ92との間
を電気的に絶縁した状態でフィラメント93をリフレクタ
92に保持する必要がある。従って、従来フィラメント93
による光源９ではハーメチックシール95を用いていた
が、これは製作費の引き上げと光源９が大きくなる原因
となっていた。

【０００９】本発明は上記の点を考慮にいれてなされた
ものであって、材料および形状の制約を受けることな
く、任意の波長の光を発光できると共に、耐久性にも優
れた一点集中型高密度光源を提供することを目的として
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、耐熱
材からなる点形状の発光部に、指向性を持つ照射源の光
を集中照射して加熱し、その温度に応じて発光させるよ
うに構成したことを特徴とする一点集中型高密度光源で
ある。

【００１１】

【作用】前述したように本発明は耐熱材からなる点形状
の発光部に、指向性を持つ照射源の光を集中照射して加
熱し、その温度に応じて発光させるように構成すること
により、発光部は外部と電気的に絶縁されてもよく、電
源を必要としないので、光源の構造が極めて簡素になる
と共に、発光部を腐蝕の影響を受けない材料で構成する
ことによって、従来のように酸化を防止する構造を考え
る必要がなく、この点でも構造が簡素になると共に、光
源を半永久的に用いることが可能となる。

【００１２】また、発光部は絶縁材料でもよく、その材
料を選択して必要とする波長に集中した光を放射した
り、照射源より与える照射量を調整して、発光させる光
の波長を調整することも可能となる。

【００１３】加えて、凹面鏡の焦点位置に前記発光部を
配置することにより、点形状の発光部から発散する光
は、ほとんど完全な平行光を形成したり、定点焦点構造
の光源を構成することが可能となる。

【００１４】さらに、前記照射源を複数個設けて前記発
光部に集中的に照射することにより、それぞれの照射源
は低密度（低温）でもよいので、それぞれの照射源の構
造は過度に頑丈にする必要がなく、構造が容易である。
また、万一照射源からの集中照射が前記発光部からずれ
ることがあったとしても、これによる事故を完全に防止
することが可能である。

【００１５】

【実施例】図１は非分散型赤外線ガス分析計の赤外線光
源として用いられる、本発明の一点集中型高密度光源の
第１実施例を示す縦断面図である。図１において、１は
一点集中型高密度光源であり、この一点集中型高密度光
源１は、アルミニウムよりなる光源本体10、光源本体10
の内壁面に形成される回転放物線型のリフレクタ２、リ
フレクタ２の焦点位置Ｐ₀ に配置された発光部３、発光
部３をリフレクタ２上に保持する支持部材４および発光
部３にレーザ光６を集中照射する照射源としてのレーザ
５から成っている。

【００１６】前記光源本体10は放熱性に優れたアルミニ
ウムより成り、内部に前記発光部３を収容する空間を有
したカップ状の部材であり、この開口部には接続用のフ
ランジ11が設けられている。この光源本体10の内壁面に
はリフレクタ２が形成されており、発光部３より放射さ
れる赤外線の大部分を反射して平行光に変換するよう
に、光源本体10の内壁面を回転放物線型に切削、研磨し
ている。

【００１７】前記発光部３は耐熱材料であり、その一例
として本実施例ではアルミナセラミックを用いている。
その形状は点形状、つまり体積が小さい球体、立方体等
である。また、前記光源本体10には、貫通孔12…が４つ
設けられており（このうち１つは図示されていない）、
この貫通孔12…を通して４つのレーザ５…からのレーザ
光６…が点形状の発光部３に向けて集中照射され、発光
部３は約６００℃〜１３００℃に加熱される。

【００１８】こうして加熱された発光部３からは、その
温度に応じて波長および最大値が変化する赤外線が放射
される。発光部３は、その表面から前記レーザ光６を十
分に吸収し、これによって得られた熱を、所望の波長の
赤外線に変換して放射するように構成されている。従っ
て、発光部３はレーザ光６を良く吸収し、輻射率の高い
材料のほうがよい。本実施例において、発光部３はアル
ミナセラミックを用いているが、この他にも窒化珪素な
どガス分析に有用な赤外線を多く輻射できる材料を自由
に用いることができる。

【００１９】前記レーザ５によるレーザ光６は、波長が
レーザ５により限定されているため、直接非分散型赤外
線ガス分析計に用いることはできないが、本発明ではそ
の強度を制御回路（図外）によって制御し、前記発光部
３の材質によって特定される温度と輻射率との関係から
希望する輻射赤外線が得られるように計算されたレーザ
光６の強度に調整することにより、前記レーザ５によっ
て任意の波長を最大値とする赤外線を得ることが可能と
なる。

【００２０】例えば赤外線ガス分析計においては、１μ
ｍ〜１０μｍの波長の赤外線を分析に用いているが、こ
の波長の領域を最大値とするような赤外線を放射するた
めには前記発光部３が約６００℃〜１３００℃になるよ
うにレーザ光６を調節しながら照射すればよい。従っ
て、不必要な波長の赤外線を多く輻射することがなくな
り、無駄をなくすことができる。

【００２１】なお、本発明では照射源としてレーザ５を
用いているが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、電磁波や指向性を持つその他の光源などを
発光部３に集中的に照射できるようにしてもよいことは
言うまでもない。

【００２２】前記発光部３は、アルミナセラミックより
なる円柱状の前記支持部材４と一体形成されており、こ
の支持部材４の直径は、発光部３の熱をできるだけ逃が
さないように、発光部３の直径よりさらに小さくしてい
る。従って、支持部材４を構成する部材は熱伝導の悪い
ものを使ったほうが良く、これを発光部３と別体に形成
してもよいことは言うまでもない。また、支持部材４の
保持部分41は、例えば光源本体10の最奥端部において接
着保持されている。

【００２３】つまり、発光部３は前記レーザ５のレーザ
光６を受けることにより赤外線を放射するため、発光部
３および支持部材４に、従来のような電力供給用のリー
ド線やリード線とリフレクタ２との間を絶縁する構造を
全く必要としていない。また、発光部３は自己発光する
必要がないため、その形状および材料の制約を受けるこ
とがなく、極めて簡素に構成できる。

【００２４】図２は、本発明の第２実施例を示す縦断面
図であり、この図において図１と同じ符号のものは図１
と同一の部材を示しているのでその詳細な説明を省略す
る。この実施例においては、光源本体10の奥に４つの貫
通孔12…（１つは図示されていない）を設けている。ま
た、点形状の発光部30は一部を切削して受光平面31を形
成し、この受光平面31に前記４つの貫通孔12…を通して
４つのレーザ５…からのレーザ光６…が集中的に照射さ
れる。

【００２５】なお、上記各実施例において、前記発光部
３の表面のレーザ光６照射部分に凹部を設けて、発光部
３がレーザ光６をより効率よく吸収できるように構成し
てもよいことは言うまでもない。

【００２６】図３は、本発明の第３実施例を示す縦断面
図であり、この図においても図１と同じ符号のものは図
１と同一の部材を示しているので、その詳細な説明を省
略する。

【００２７】図３において、20は回転楕円形状の一部を
構成するように切削されたリフレクタである。また、７
は分析用のセルで、サンプルガス入口71とサンプルガス
出口72を備えていると共に、その内面70を前記リフレク
タ20の回転楕円形状を延長した面状に切削している。８
は検出部であり、この検出部８の内面80は前記回転楕円
形状の延長面になるように切削したリフレクタを形成
し、また内部にセンサ81を設けている。

【００２８】前記回転楕円形状には、２つの焦点位置Ｐ
₁ ，Ｐ₂ があるが、一方の焦点位置Ｐ₁ に、発光部３が
配置され、他方の焦点位置Ｐ₂ には前記センサ81が配置
されている。Ｌ₁ 〜Ｌ₄ はリフレクタ20,80 およびセル
７の内面70によって反射する赤外線である。

【００２９】図を見ると明らかなことであるが、前記一
方の焦点位置Ｐ₁ に位置した発光部３より放射された赤
外線Ｌ₁ 〜Ｌ₄ はリフレクタ20,80 およびセル７の内面
70によって反射されて他方の焦点位置Ｐ₂ に配置された
センサ81に集中的に収束するのであるが、この間に、セ
ル７内のサンプルガスを通過してサンプルガスによって
特定の周波数成分が吸収され、これがセンサ81によって
測定される。

【００３０】従って、上記のように構成することによっ
て、発光部３から放射された赤外線のほとんどすべてを
センサ81に集中的に照射できるので、赤外線ガス分析計
の効率を大幅に向上させることができ、極めて経済的で
ある。また、図示していはいないが、上記構成におい
て、セル７の内面70を単に円筒状にしてもよく、このよ
うにして、汚れたセル７の内面70によって反射した赤外
線だけは前記センサ81に照射しないようにしてもよいこ
とは言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、耐熱材からなる
点形状の発光部に、指向性を持つ照射源の光を集中照射
して加熱し、その温度に応じて発光させるように構成し
ているので、発光部は外部と電気的に絶縁されてもよ
く、電源を必要としないので、光源の構造が極めて簡素
になると共に、発光部を腐蝕の影響を受けない材料で構
成することによって、従来のように酸化を防止する構造
を考える必要がなく、この点でも構造が簡素になると共
に、光源を半永久的に用いることが可能となる。

【００３２】また、発光部は絶縁材料でもよく、その材
料を選択して必要とする波長に集中した光を放射した
り、照射源より与える照射量を調整して、発光する光の
波長を調整することも可能となる。

【００３３】加えて、凹面鏡の焦点位置に前記発光部を
配置することにより、点形状の発光部から発散する光
は、ほとんど完全な平行光を形成したり、定点焦点構造
の光源を構成することが可能となる。

【００３４】そのため、このような光源を、赤外線ガス
分析計に用いることによって、光源から発生した赤外線
のほとんどを平行光としてセル内に照射したり、セル内
を通過する赤外線を検出部に集中するように照射させる
ことができるので、セル内部の側壁が汚れても分析計の
感度低下を起こすことがない。また、発散する光を検出
部に集中する場合、発光部から発光する光のほとんど全
てを分析に用いることができ、極めて効率がよい。

【００３５】さらに、前記照射源を複数個設けて前記発
光部に集中的に照射することによって、それぞれの照射
源は低密度（低温）でもよいので、それぞれの照射源の
構造は過度に頑丈にする必要がなく、構造が容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一点集中型高密度光源の一例を示す縦
断面図である。

【図２】前記一点集中型高密度光源の別実施例を示す縦
断面図である。

【図３】前記一点集中型高密度光源のさらに別の実施例
を示す縦断面図である。

【図４】従来の光源の構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…一点集中型高密度光源、２…凹面鏡、３…発光部、
５…照射源、Ｐ₀ …焦点位置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱材からなる点形状の発光部に、指向
   性を持つ照射源の光を集中照射して加熱し、その温度に
   応じて発光させるように構成したことを特徴とする一点
   集中型高密度光源
2. 【請求項２】 凹面鏡の焦点位置に前記発光部を配置し
   てなることを特徴とする請求項１に記載の一点集中型高
   密度光源。
3. 【請求項３】 前記照射源を複数個設けて前記発光部に
   集中的に照射することを特徴とする請求項１または２に
   記載の一点集中型高密度光源。