JPWO2012161067A1 - 測定ユニットおよびガス分析装置 - Google Patents
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Abstract
Description
測定光の経路が熱レンズ効果によって屈折した場合であっても、測定光を受光部の受光面内で良好に受光することができる。また、測定光を受光面内の所定位置に安定的に照射することができる。したがって、受光部において測定光の情報を正確に得ることができ、当該情報に基づいて試料ガス中の所定成分を正確に分析することができる。
適切な位置でパージエアを導入することにより、光学系部品を良好に保護することができる。また、その背反として熱レンズ効果が生じやすくなったとしても、集光レンズを備えることによって良好に測定光を受光部の受光面内に受光することができる。
特に熱レンズ効果による測定光の屈曲が生じ易いプローブ方式の測定ユニットにおいて、測定光を受光部の受光面内で良好に受光することができる。
例えば、受光部の受光面が多層半導体により構成されている場合に、当該半導体層中における測定光の多重反射による干渉を抑制することができる。したがって、受光部において測定光の光量を正確に検出することができる。
例えば、受光部の受光面が多層半導体により構成されている場合に、当該半導体層中における測定光の多重反射による干渉を抑制することができる。したがって、受光部において測定光の光量を正確に検出することができる。
。
以下、測定ユニット1およびこれを用いたガス分析装置100について説明する。ガス分析装置100は、いわゆるプローブ方式のガス分析装置であり、測定ユニット1は、いわゆるプローブユニットである。先ず、図1および図2を参照して測定ユニット1の構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係る測定ユニット1の外観構成図である。また、図2は、第1の実施形態に係る測定ユニット1の内部構成を示す断面図である。なお、図2は、図1に示す測定ユニット1のA−A断面を含む図である。図1に示すように、測定ユニット1は、プローブ管11、光学ユニット12、およびフランジ13を備える。
等の記憶装置、ユーザーの操作を受け付けるインターフェース装置、分析結果を表示する表示装置等を備え、ユーザーの操作および記憶装置に記憶されたプログラムに基づいた演算処理を行う。
ることができる。
NA=nsinφ …(1)
すなわち、開口数NAは、集光レンズ23の集光角に比例する値である。
241とを備える。なお、パッケージ基板244表面には金メッキが施されている。このようなARコート層241によりコーティングされている面が受光部24の受光面となる。受光部24の受光面に入射した測定光Lb1はInGaAs吸収層242において吸収される。そして、受光部24は、InGaAs吸収層242に吸収された光量に応じた電気信号を生成し、演算処理装置30へ出力する。なお、受光部24が測定光Lb1を光電変換する方法は、従来周知の任意の手法を用いて良い。
いてInGaAs吸収層242に一部吸収された後、これらの層を透過してパッケージ基板244の表面で反射される。パッケージ基板244の表面で反射された測定光Lb1は、再度InPウェハ層243中およびInGaAs吸収層242を透過し、ARコート層241とInPウェハ層243との境界において再度反射する。このように、測定光Lb1が所定の入射角で受光部24の受光面に入射した場合、受光部24を構成する半導体層中において反射を繰り返し、反射光と入射光とが干渉する場合があった。そして、このような干渉が生ずると、受光部24に入射する時点で測定光Lb1の強度が一定であったとしても、InGaAs吸収層242で吸収される光量が安定せず、受光部24から得られる電気信号の大きさが安定しない場合があった。
上記第1の実施形態では、本発明をプローブ方式の測定ユニットに適用した例について説明したが、オープンパス方式の測定ユニットに適用しても構わない。以下、第2の実施形態に係る測定ユニット2およびこれを用いたガス分析装置200について説明する。なお、上述第1の実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。
1、2 測定ユニット
11 プローブ管
12 光学ユニット
13 フランジ
14 パージエア導入口
16 パージエア導入パイプ
21 照射部
22 反射鏡
23 集光レンズ
24 受光部
30 演算処理装置
241 ARコート層
242 InGaAs吸収層
243 InPウェハ層
244 パッケージ基板
32 オシレータユニット
33 ディテクタユニット
54 受光センサ
適切な位置でパージエアを導入することにより、光学系部品を良好に保護することができる。また、パージエアを導入することにより熱レンズ効果が生じやすくなったとしても、集光レンズを備えることによって良好に測定光を受光部の受光面内に受光することができる。
例えば、受光部の受光面が多層半導体により構成されている場合に、当該半導体層境界面における測定光の多重反射による干渉を抑制することができる。したがって、受光部において測定光の光量を正確に検出することができる。
例えば、受光部の受光面が多層半導体により構成されている場合に、当該半導体層境界面における測定光の多重反射による干渉を抑制することができる。したがって、受光部において測定光の光量を正確に検出することができる。
NA=nsinφ …(1)
すなわち、開口数NAは、集光レンズ23の集光角の正弦に比例する値である。
Claims (7)
- 試料ガス中の所定成分濃度を分析する分析装置に用いられる測定ユニットであって、
測定光を前記試料ガス中へ照射する照射部と、
前記測定光を受光面において受光する受光部と、
前記照射部および/または前記受光部の近傍にパージエアを導入するパージエア導入部と、
前記照射部から前記受光部までの前記測定光の光路上に配置され、前記試料ガスと前記パージエアとの温度差により生ずる熱レンズ効果によって伝搬経路が変動する前記測定光を前記受光部の受光面内に集光させる集光レンズとを備える、測定ユニット。 - 前記集光レンズは、前記受光部の直前に配置されており、
少なくとも前記集光レンズを保護するべく前記集光レンズの直前に配置された光学窓をさらに備え、
前記パージエア導入部は、前記光学窓の直前において前記パージエアを導入する、請求項1に記載の測定ユニット。 - 前記試料ガスを内部に導入する導入孔が設けられた筒状のプローブ管をさらに備え、
前記パージエア導入部は、前記プローブ管内に前記パージエアを導入し、
前記照射部は、前記プローブ管内に導入された前記試料ガス中へ前記測定光を照射する、請求項1又は2に記載の測定ユニット。 - 前記プローブ管の一方端部側に配置された反射鏡をさらに備え、
前記照射部は、前記プローブ管の他方端部側に配置され、前記測定光を前記反射鏡へ向けて照射し、
前記受光部は、前記プローブ管の前記他方端部側に配置され、前記反射鏡により反射された前記測定光を受光する、請求項3に記載の測定ユニット。 - 前記集光レンズの開口数が、0.08以上である、請求項1〜4のいずれかに記載の測定ユニット。
- 前記受光面と前記集光レンズの結像面とが成す角度が10(°)以上となるよう前記受光部が前記集光レンズに対して傾斜して配置されている、請求項1〜5のいずれかに記載の測定ユニット。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の測定ユニットと、
前記受光部から受信した信号に基づいて試料ガス中の所定成分濃度を算出する演算処理装置と、
を備えたガス分析装置。
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