ガスセンサ
【課題】複数ガスの高速検出が可能なガスセンサを提供する。
【解決手段】半導体レーザ２２と、半導体レーザ２２を外部共振モードで発振させるための回折格子２３、ＭＥＭＳスキャナ３０を含み、半導体レーザ２２の端面２２ｂに直交する方向に出射される光Ｗの波長を、ＭＥＭＳスキャナ３０の駆動により検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む波長範囲で掃引し、その波長掃引された光Ｗを検出対象ガス雰囲気に入射する外部共振型の波長掃引光源２１と、検出対象ガス雰囲気を透過した光Ｗ′を受けてその光強度を検出する受光素子７０とを備えている。
【解決手段】半導体レーザ２２と、半導体レーザ２２を外部共振モードで発振させるための回折格子２３、ＭＥＭＳスキャナ３０を含み、半導体レーザ２２の端面２２ｂに直交する方向に出射される光Ｗの波長を、ＭＥＭＳスキャナ３０の駆動により検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む波長範囲で掃引し、その波長掃引された光Ｗを検出対象ガス雰囲気に入射する外部共振型の波長掃引光源２１と、検出対象ガス雰囲気を透過した光Ｗ′を受けてその光強度を検出する受光素子７０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの吸収スペクトルを利用してガス検出を行うガスセンサに関し、特に広帯域光源と高速の可変波長光フィルタとを組み合わせることによって、複数ガスの高速検出を可能としたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境、エネルギー問題を背景として、燃焼機器の効率向上、環境汚染物質削減等を目的とした研究・開発が行われている。燃焼機器における複雑な燃焼現象を解明して高性能化を図るためには、高速に変動する燃焼現象をリアルタイムに把握する必要がある。
【０００３】
その一手法として燃焼過程におけるＣＯ、ＯＨラジカル、ＮＯｘ等のガスの発生・遷移・消滅等を観測することが試みられる。燃焼機器がエンジンの場合、１サイクル毎の点火、燃焼によりガスの発生・遷移・消滅等が起こり、その１サイクルの中で複数のガスについてこのような現象を観測することが必要となる。その場合、このような現象を検出するための観測装置の応答性が問題となる。
【０００４】
例えば、回転数が６，０００ｒｐｍの場合、１サイクルは１００Ｈｚの周期となり、観測装置としては、その１０倍の１ＫＨｚ程度の応答性を必要とされる。本発明のガスセンサは、このような高速性を要求されるガスの発生・遷移・消滅等の観測装置として利用できる。
【０００５】
ガスには特定波長の光を吸収する吸収スペクトルがあることが知られており、この原理を応用した光センシング技術が工業計測、公害監視等で広く用いられている。従来、この技術を利用して、同一ガスセル内に封入されている３種類の対象ガスの濃度を種類毎に検出することができるガスセンサがあった（例えば、特許文献1参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１５９３１５号公報
【０００７】
すなわち、３種類の対象ガスのそれぞれの吸収スペクトルに対応した波長で発振する３つの光源（半導体レーザ）を順次スイッチで切り換えて、それぞれの半導体レーザから出射されるレーザ光をガスセル（３つの測定対象ガスが封入されている）に入射する。そして、対象ガスの吸収スペクトルの影響を受けて減衰したレーザ光を順次受光器で受けて、それぞれの対象ガスの濃度を検出するものである。なお、ガスの吸収スペクトルを検出する場合、吸収スペクトルのピーク値以外にそのスペクトル幅も重要なファクタであるために、半導体レーザは注入電流や温度を変化させて、波長を狭い範囲（吸収スペクトルの裾を含むように）掃引している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のガスセンサは、対象ガス毎に光源を用意し、各光源の波長を吸収スペクトルの裾まで含むように掃引し、さらに光源を順次スイッチングしなければならないために、装置構成が複雑になると共に規模が大きくなるという欠点があった。また、光源をスイッチングする方式のために、掃引速度に限界があって、リアルタイムの検出が困難であった。さらに、検出の精度を上げるには、光源の安定性（掃引時の出射光の強度の制御性）が必要であるが、これを実現するには制御機構が複雑になるという欠点があった。
【０００９】
本発明は、これらの課題を解決し、エンジン内のガスの発生・遷移・消滅等の観測にも利用でき、複数ガスの高速検出が可能なガスセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のガスセンサは、
光源（２２、２２′）、回折格子（２３）およびＭＥＭＳスキャナ（３０）を含み、特定方向に出射される光の波長を、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む波長範囲で掃引し、該波長掃引された光を検出対象ガス雰囲気に入射する波長掃引光源（２１）と、
前記検出対象ガス雰囲気を透過した光を受けてその光強度を検出する受光素子（７０）とを備えている。
【００１１】
また、本発明の請求項２のガスセンサは、請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記波長掃引光源の光源はレーザダイオード（２２）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは前記レーザダイオードとの間で外部共振器を形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により外部共振波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３のガスセンサは、請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記波長掃引光源の光源は、検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む広帯域光を出射する広帯域光源（２２′）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは、前記広帯域光から所望の波長成分を抽出するフィルタを形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により抽出波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４のガスセンサは、請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサにおいて、
前記ＭＥＭＳスキャナは、
前記回折格子からの回折光を受けて該回折格子に反射する反射体（４０）と、該反射体の反射面の角度を変化させる反射体駆動手段（６０）とを含んでいることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５のガスセンサは、請求項４記載のガスセンサにおいて、
前記ＭＥＭＳスキャナの反射体は、
固定基板（４１、４２）と、
前記固定基板の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部（４３、４４）と、
前記軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子からの回折光を反射するための前記反射面が設けられた反射板（４５）とを有しており、
かつ前記ＭＥＭＳスキャナの反射体駆動手段は、
前記反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって前記反射板に力を与えて、該反射板を前記固有振動数又はそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガスセンサでは、光源、回折格子およびＭＥＭＳスキャナを含む波長掃引光源を用いて、検出対象ガスの吸収スペクトルを検出するようにしたので、複数のガスを検出する場合にも光源が１つで済み、装置構成が非常に単純になり装置の小型化ができる。また、ＭＥＭＳスキャナの駆動により波長掃引しているので、高速な検出が可能となる。
【００１６】
波長掃引光源としては、回折格子とＭＥＭＳスキャナを光源の外部共振器として用いる方式と、回折格子とＭＥＭＳスキャナを可変波長フィルタとして用いる方式とが可能であり、いずれの方式でもＭＥＭＳスキャナにより広い波長範囲を高速に掃引できる。
【００１７】
また、回折格子からの回折光を反射させるためのＭＥＭＳスキャナの反射体を、固定基板と、その縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部と、軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に反射面が設けられた反射板とによって構成すると共に、反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって反射板に力を与えて、反射板を固有振動数又はそれに近い振動数で往復回転させるようにしている。
【００１８】
このため、反射板を高速に往復回転させることができ、しかも、その回転中心が反射板内にあるため、その角度変化に対して反射板の反射面へ入射される回折光の反射角の変化量を大きくすることができる。それにより、掃引長範囲が広帯域になり、しかもその波長範囲を高速に可変することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明のガスセンサ２０の概略構成を示している。ここで、被測定物１５（例えばエンジン）の内部で燃焼等によって２種類の対象ガスｍ１、ｍ２（例えばＣＯ及びＯＨラジカル）が発生し、その吸収スペクトルの波長はそれぞれλ１、λ２であるとする。
【００２０】
波長掃引光源２１は外部共振型のものであり、この実施形態の光源としてのレーザダイオード２２、回折格子２３およびＭＥＭＳスキャナ３０により構成されている。ここで、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナとは、マイクロ電気機械式構造体（電気信号の制御を受けて機械的に動作する構造体）によって形成されたスキャナを意味している。
【００２１】
レーザダイオード２２の一方の端面２２ａは低反射率に形成され、他方の端面２２ｂは高反射率に形成されており、単体で電源が供給されると、端面２２ａ、２２ｂの間隔で決まる波長（内部共振波長）の光を主に低反射率の端面２２ａ側から出射するが、共振器損失が大きいため、低出力でスペクトラムはブロードとなる。
【００２２】
また、低反射率の端面２２ａ側に高反射率の反射体を設けた場合には、その反射体と端面２２ｂとの距離で決まる波長（外部共振波長）の光を出射する。この場合には、共振器損失が少ないので、比較的強度が大きい狭帯域光が出射される。
【００２３】
レーザダイオード２２の端面２２ａ側には、回折格子２３が配置されている。回折格子２３は、レーザダイオード２２の端面２２ａにから出射された光を回折面２３ａで受けて、その光に含まれる各波長成分を波長に応じた方向に出射する。
【００２４】
回折格子２３の回折光はＭＥＭＳスキャナ３０に入射される。ＭＥＭＳスキャナ３０は反射体４０及び反射体駆動手段６０で構成され、回折格子２３の回折面２３ａに対向する反射体４０の反射面の角度を反射体駆動手段６０により可変できる構造を有している。
【００２５】
回折格子２３の回折光のうち、反射体４０の反射面に直交する向きに出射されたある波長λｘの光は同一光軸に沿って回折格子２３に反射され、レーザダイオード２２の端面２２ａに入射される。
【００２６】
ここで、レーザダイオード２２から回折格子２３を経由してＭＥＭＳスキャナ３０の反射体４０に至る光路長を選ぶことにより、レーザダイオード２２は外部共振モードとなり波長λｘの光を出射し、回折格子２３に対する反射体４０の角度を変えることにより、共振波長λｘを変化させることができる。
【００２７】
そして、反射体４０の角度を、所定位置を中心にして一定周期で往復変化させることで、例えば図２の（ａ）のように、出射光の波長をλａ〜λｂの範囲で連続的に且つ周期的に掃引することができる。
【００２８】
なお、ここでは波長掃引範囲λａ〜λｂが、検出対象ガスｍ１、ｍ２の吸収線スペクトラムλ１、λ２を含むように予め設定されているものとする。また、波長掃引中における時間と波長との関係は予め既知であるものとする。
【００２９】
この波長掃引光の一部は、測定光Ｗとしてレーザダイオード２２の端面２２ｂ側から、その端面２２ｂに直交する方向（特定方向）に出射され、被測定物１５に入射される。ここでは、レーザダイオード２２の反射率の高い端面２２ｂを通過する成分を測定光Ｗとして用いているが、図１の点線で示しているように、波長掃引光のうち回折格子２３で全反射して特定方向Ａに出射される光を測定光として用いることもできる。
【００３０】
測定光Ｗの掃引波長が、対象ガスｍ１、ｍ２の吸収スペクトルの波長λ１、λ２に一致していないときには、被測定物１５を透過する透過光Ｗ′は大きな損失を受けることなく受光素子７０に入射する。
【００３１】
また、測定光Ｗの掃引波長が対象ガスｍ１、ｍ２の吸収スペクトルの波長λ１、λ２に一致したときには、その波長の光が対象ガスｍ１、ｍ２に吸収されて、受光素子７０に入射される透過光Ｗ′の強度が小さくなる。
【００３２】
即ち、波長掃引光源２１から出射される測定光Ｗの強度が一定であるとすれば、図２の（ａ）のように掃引された測定光Ｗに対して、受光素子７０に入射される透過光Ｗ′の強度は、図２の（ｂ）のように、掃引波長が波長ｍ１、ｍ２に一致するタイミングに大きく減衰することになる。
【００３３】
この受光素子７０の出力信号から、検出対象ガスｍ１、ｍ２の有無、量等を把握することができる。受光素子７０の出力信号に対する処理は任意であるが、例えば時間軸を波長掃引に同期させたオシロスコープに受光素子７０の出力信号を入力すれば、図２の（ｂ）の波形が直視できる。
【００３４】
また、受光素子７０の出力信号を、図示しない信号処理部において、反射板４５の角度に対応した波長毎にサンプリングし、波長毎の光の強度を示すデータ（スペクトルデータ）としてメモリに記憶し、その記憶したデータに基づいて、対象ガスｍ１、ｍ２の存在、濃度等を検出してもよい。
【００３５】
図３は、波長掃引光源２１に用いるＭＥＭＳスキャナ３０の基本構造例を示している。
このＭＥＭＳスキャナの反射体４０は、横長矩形で互いに平行に配置された一対の固定基板４１、４２と、この一対の固定基板４１、４２の長辺側縁部の中央からこの固定基板４１、４２と直交する方向に所定幅、所定長さで延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な一対の軸部４３、４４と、横長矩形で一方の長辺側縁部の中央部で軸部４３の先端に連結され、他方の長辺側縁部の中央部で軸部４４の先端に連結された反射板４５とを有している。
【００３６】
反射板４５は、捩じれ変形可能な軸部４３、４４に中心部が支持されているので、この軸部４３、４４を結ぶ線を中心軸として固定基板４１、４２に対して回転することができる。また、軸部４３、４４と反射板４５とからなる部分の固有振動数ｆ０は、反射板４５自体の形状や質量及び軸部４３、４４のバネ定数によって決まる。
【００３７】
また、反射板４５の一面側４５ａには、光を反射するための反射面４６が形成されている。この反射面４６は、反射板４５自体を鏡面仕上げして形成したり、反射率の高い膜（図示しない）を蒸着あるいは接着して形成したものであってもよい。なお、この反射体４０は、導電性が高い基板から切り出されていて導電性を有している。
【００３８】
支持基板５０は絶縁性を有する材料からなり、その一面側の上部と下部には、前方へ突出する支持台５０ａ、５０ｂが形成されており、反射体４０の固定基板４１、４２は、この上下の支持台５０ａ、５０ｂに接した状態で固定されている。
【００３９】
また、支持基板５０の一面側中央部の両端には、反射体４０の反射板４５の両端にそれぞれ対向する電極板５１、５２がパターン形成されている。この電極板５１、５２は、後述する駆動信号発生器５５と共に前記反射体駆動手段６０（図１参照）を構成するものであり、反射板４５の両端部に静電的な力を交互にかつ周期的に印加して、反射板４５を往復回転運動させる。
【００４０】
このように構成された反射体４０は、回折格子２３からの回折光を反射板４５の反射面４６で受けて、その反射光を回折格子２３へ再入射させ、レーザダイオード２２の端面２２ａに戻して、レーザダイオード２２を外部共振モードで発光させ、その光の一部を前記測定光Ｗとしてレーザダイオード２２の端面２２ｂ側から出射させる。
【００４１】
駆動信号発生器５５は、例えば図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、反射体４０の電位を基準として電極板５１、５２に対して、固有振動数ｆ０に対応した周波数（あるいは固有振動数ｆ０の近傍の振動数に対応した周波数）を有し、位相が１８０°ずれた電気信号Ｖａ、Ｖｂを印加して、電極板５１と反射板４５の一端側との間及び電極板５２と反射板４５の他端側との間に、交互にかつ周期的に静電力(引力)を与え、反射板４５を固有振動数ｆ０あるいはその近傍の振動数で所定角度範囲を往復回転させて、前記図２の（ａ）に示したように測定光Ｗの波長を掃引させる。
【００４２】
なお、図４では、２つの電気信号Ｖａ、Ｖｂがデューティ比５０％の矩形波の場合を示しているが、両信号のデューティ比は５０％以下であってもよく、また、波形も矩形波に限らず、正弦波、三角波等であってもよい。
【００４３】
上記構成のＭＥＭＳスキャナ３０では、反射体４０を、一対の固定基板４１、４２と、その縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部４３、４４と、軸部４３、４４の先端に自身の縁部で連結され、軸部４３、４４に対して対称な形状に形成され、一面側４５ａに反射面４６が形成された反射板４５とによって構成すると共に、反射体４０の軸部４３、４４と反射板４５とからなる部分の固有振動数ｆ０に対応した周波数の電気信号によって反射板４５に力を与えて、反射板４５を固有振動数ｆ０又はその近傍の振動数で往復回転させている。
【００４４】
このため、僅かな電気エネルギーで反射板４５を高速に往復回転させることができ、しかも、その回転中心が反射板４５の内部（この場合、中央部）にあるので、その角度変化に対して、反射板４５の反射面４６への入射光の反射角の変化量が最も大きくなり、波長掃引範囲を格段に広くすることができる。軸部４３、４４のバネ定数は、軸部４３、４４の長さ、幅、厚み、材質によって決まり、このバネ定数と、反射板４５の形状、厚み、材質等で固有振動数ｆ０が決定され、これらのパラメータを選ぶことにより、固有振動数ｆ０を数１００Ｈｚ〜数１０ＫＨｚの範囲内で設定することができる。
【００４５】
このＭＥＭＳスキャナ３０により、波長掃引光源２１の掃引波長範囲が広帯域となり、しかもその掃引波長範囲を高速に可変（掃引）することができ、エンジンの燃焼現象をリアルタイムに観測する装置（１ＫＨｚ程度の応答性が要求される）としても利用できる。
【００４６】
なお、上記したＭＥＭＳスキャナ３０の構造は一例であり、各部の形状は種々変更できる。また、駆動方式としても前記例では電圧印加により静電的な力を発生させて反射板４０を回動させていたが、コイルや磁石を用いた磁界の吸引力、反発力、あるいは超音波振動体による振動印加で反射板４０を回動させてもよい。
【００４７】
また、上記ＭＥＭＳスキャナ３０では、駆動に用いる電気信号Ｖａ、Ｖｂの位相により時間帯波長の特性が決まるので予め電気信号Ｖａ、Ｖｂの位相と波長との関係を求めておくことで、受光素子７０に入射される光の波長を把握できる。ただし、周囲環境の変化により電気信号Ｖａ、Ｖｂの位相と波長との関係が変動する場合がある。
【００４８】
このような場合には、例えば図５に示すように、測定光Ｗの波長をモニタするための波長モニタ６５を設け、この波長モニタ６５の出力に基づいて測定光Ｗの実際の波長を校正すればよい。なお、図５では、波長掃引光のうち回折格子２３で全反射される光を波長モニタ６５に入射しているが、測定光Ｗの一部を任意の位置で分岐して波長モニタ６５に入射してもよい。
【００４９】
また、波長モニタ６５としては、測定光Ｗを受けて複数の既知波長の光のみを通過（あるいは減衰）させる固定波長フィルタとその固定波長フィルタの出力光の強度を検出する受光素子とで構成することができ、既知波長の光の受光強度がピーク（またはボトム）になるタイミングで測定光Ｗの波長を校正することができ、その波長間を補間すれば他の波長も校正できる。固定波長フィルタとしてはエタロン（登録商標）やガス吸収セルが使用できる。
【００５０】
前記実施形態のガスセンサ２０の波長掃引光源２１は、光源としてのレーザダイオード２２を外部共振モードで発光させていたが、波長掃引光源２１としては、広帯域光からフィルタにより所望波長の光を抽出する構造で、その抽出波長を掃引する方式のものも使用できる。
【００５１】
図６は、このフィルタ方式の波長掃引光源２１′を用いたガスセンサ２０′の構成を示している。
【００５２】
広帯域光源２２′は、対象ガスｍ１、ｍ２の吸収スペクトルの波長λ１、λ２を含む広帯域なスペクトル特性を持ったインコヒーレント光を出射するものであり、例えば、ＡＳＥ光源（発振波長０．３〜１．６μｍ）、ＳＬＤ（０．７８〜１．６５μｍ）、ＬＥＤ（０．３７〜１．６μｍ）、ハロゲンランプ（０．４〜３μｍ）、重水素ランプ（紫外）、太陽光等を用いることができる。
【００５３】
さらに具体的に説明すると、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、メタン（ＣＨ２）の３種類のガスを検出するときには、それぞれの吸収スペクトルの波長は、λＣＯ２＝１．４３９μｍ，λＣ２Ｈ２＝１．５３μｍ、λＣＨ２＝１．６５μｍであるので、これらの波長を発振帯域に含んでいるＳＬＤ（０．７８〜１．６５μｍ）を用いる。
【００５４】
広帯域光源２２′から出射された広帯域光は回折格子２３に入力されて回折されるが、その回折光のうち、反射体４０の反射面に所定角度で入射するある波長λｘの光は、その入射光軸と異なる光軸に沿って反射され回折格子２３に入射され、回折格子２３への入射角と波長λｘによって決まる方向へ回折される。
【００５５】
反射体４０が固定されていると仮定すると、波長λｘと僅かに異なる波長λｘ′の光は、反射体４０への入射角、回折格子２３への入射角が僅かにずれるため、波長λｘと僅かに異なる方向に回折される。つまり、回折格子２３が固定されている仮定すると、広帯域光に含まれている各波長成分は、ある特定方向を中心とする角度範囲に広がって回折されることになる。
【００５６】
よって、回折格子２３に対する反射体４０の角度を可変すると、特定方向（被測定物１５の方向）に出射される光の波長が前記図２の（ａ）に示したように掃引されることになる。
【００５７】
この波長掃引光源２１′では、回折格子２３の回折特性、回折格子２３に対する広帯域光の入射角、回折格子２３に対する反射体４０の位置を適宜設定することで、特定方向へ出射される光の波長がλａ〜λｂの範囲を連続的に掃引するようにしている。
【００５８】
上記構成の波長掃引光源２１′から特定方向に出射された光は、前記同様に測定光Ｗとして被測定物１５に入射され、その透過光Ｗ′が受光素子７０で受光される。そして、この受光信号と掃引波長との関係から、検出対象ガスの有無や濃度を把握できる。
【００５９】
この構成のガスセンサ２０′の場合も、ＭＥＭＳスキャナ３０により広い波長範囲の高速掃引が可能であるため、対象ガスの有無や濃度を高速に検出することができる。
【００６０】
なお、上記のようなフィルタ方式の波長掃引光源２１′において、波長をモニタする場合には、例えば、反射体４０に対して基準光を入射し、その反射光を位置センサで受けて、反射体４０の角度の変化を把握し、その角度と波長との関係から掃引波長を求めるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態の全体構成図
【図２】実施形態の動作説明図
【図３】実施形態の要部の構造図
【図４】実施形態の要部の駆動信号図
【図５】波長モニタを設けた実施形態の構成図
【図６】他の実施形態の全体構成図
【符号の説明】
【００６２】
１５……被測定物、２０、２０′……ガスセンサ、２１、２１′……波長掃引光源、２２……レーザダイオード、２２′……広帯域光源、２３……回折格子、３０……ＭＥＭＳスキャナ、４０……反射板、４１、４２……固定基板、４３、４４……軸部、４５……反射板、５０……支持基板、５１、５２……電極板、５５……駆動信号発生器、６０……反射体駆動手段、６５……波長モニタ、７０……受光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの吸収スペクトルを利用してガス検出を行うガスセンサに関し、特に広帯域光源と高速の可変波長光フィルタとを組み合わせることによって、複数ガスの高速検出を可能としたガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境、エネルギー問題を背景として、燃焼機器の効率向上、環境汚染物質削減等を目的とした研究・開発が行われている。燃焼機器における複雑な燃焼現象を解明して高性能化を図るためには、高速に変動する燃焼現象をリアルタイムに把握する必要がある。
【０００３】
その一手法として燃焼過程におけるＣＯ、ＯＨラジカル、ＮＯｘ等のガスの発生・遷移・消滅等を観測することが試みられる。燃焼機器がエンジンの場合、１サイクル毎の点火、燃焼によりガスの発生・遷移・消滅等が起こり、その１サイクルの中で複数のガスについてこのような現象を観測することが必要となる。その場合、このような現象を検出するための観測装置の応答性が問題となる。
【０００４】
例えば、回転数が６，０００ｒｐｍの場合、１サイクルは１００Ｈｚの周期となり、観測装置としては、その１０倍の１ＫＨｚ程度の応答性を必要とされる。本発明のガスセンサは、このような高速性を要求されるガスの発生・遷移・消滅等の観測装置として利用できる。
【０００５】
ガスには特定波長の光を吸収する吸収スペクトルがあることが知られており、この原理を応用した光センシング技術が工業計測、公害監視等で広く用いられている。従来、この技術を利用して、同一ガスセル内に封入されている３種類の対象ガスの濃度を種類毎に検出することができるガスセンサがあった（例えば、特許文献1参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１５９３１５号公報
【０００７】
すなわち、３種類の対象ガスのそれぞれの吸収スペクトルに対応した波長で発振する３つの光源（半導体レーザ）を順次スイッチで切り換えて、それぞれの半導体レーザから出射されるレーザ光をガスセル（３つの測定対象ガスが封入されている）に入射する。そして、対象ガスの吸収スペクトルの影響を受けて減衰したレーザ光を順次受光器で受けて、それぞれの対象ガスの濃度を検出するものである。なお、ガスの吸収スペクトルを検出する場合、吸収スペクトルのピーク値以外にそのスペクトル幅も重要なファクタであるために、半導体レーザは注入電流や温度を変化させて、波長を狭い範囲（吸収スペクトルの裾を含むように）掃引している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のガスセンサは、対象ガス毎に光源を用意し、各光源の波長を吸収スペクトルの裾まで含むように掃引し、さらに光源を順次スイッチングしなければならないために、装置構成が複雑になると共に規模が大きくなるという欠点があった。また、光源をスイッチングする方式のために、掃引速度に限界があって、リアルタイムの検出が困難であった。さらに、検出の精度を上げるには、光源の安定性（掃引時の出射光の強度の制御性）が必要であるが、これを実現するには制御機構が複雑になるという欠点があった。
【０００９】
本発明は、これらの課題を解決し、エンジン内のガスの発生・遷移・消滅等の観測にも利用でき、複数ガスの高速検出が可能なガスセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のガスセンサは、
光源（２２、２２′）、回折格子（２３）およびＭＥＭＳスキャナ（３０）を含み、特定方向に出射される光の波長を、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む波長範囲で掃引し、該波長掃引された光を検出対象ガス雰囲気に入射する波長掃引光源（２１）と、
前記検出対象ガス雰囲気を透過した光を受けてその光強度を検出する受光素子（７０）とを備えている。
【００１１】
また、本発明の請求項２のガスセンサは、請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記波長掃引光源の光源はレーザダイオード（２２）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは前記レーザダイオードとの間で外部共振器を形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により外部共振波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３のガスセンサは、請求項１記載のガスセンサにおいて、
前記波長掃引光源の光源は、検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む広帯域光を出射する広帯域光源（２２′）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは、前記広帯域光から所望の波長成分を抽出するフィルタを形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により抽出波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４のガスセンサは、請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサにおいて、
前記ＭＥＭＳスキャナは、
前記回折格子からの回折光を受けて該回折格子に反射する反射体（４０）と、該反射体の反射面の角度を変化させる反射体駆動手段（６０）とを含んでいることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５のガスセンサは、請求項４記載のガスセンサにおいて、
前記ＭＥＭＳスキャナの反射体は、
固定基板（４１、４２）と、
前記固定基板の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部（４３、４４）と、
前記軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子からの回折光を反射するための前記反射面が設けられた反射板（４５）とを有しており、
かつ前記ＭＥＭＳスキャナの反射体駆動手段は、
前記反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって前記反射板に力を与えて、該反射板を前記固有振動数又はそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガスセンサでは、光源、回折格子およびＭＥＭＳスキャナを含む波長掃引光源を用いて、検出対象ガスの吸収スペクトルを検出するようにしたので、複数のガスを検出する場合にも光源が１つで済み、装置構成が非常に単純になり装置の小型化ができる。また、ＭＥＭＳスキャナの駆動により波長掃引しているので、高速な検出が可能となる。
【００１６】
波長掃引光源としては、回折格子とＭＥＭＳスキャナを光源の外部共振器として用いる方式と、回折格子とＭＥＭＳスキャナを可変波長フィルタとして用いる方式とが可能であり、いずれの方式でもＭＥＭＳスキャナにより広い波長範囲を高速に掃引できる。
【００１７】
また、回折格子からの回折光を反射させるためのＭＥＭＳスキャナの反射体を、固定基板と、その縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部と、軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に反射面が設けられた反射板とによって構成すると共に、反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって反射板に力を与えて、反射板を固有振動数又はそれに近い振動数で往復回転させるようにしている。
【００１８】
このため、反射板を高速に往復回転させることができ、しかも、その回転中心が反射板内にあるため、その角度変化に対して反射板の反射面へ入射される回折光の反射角の変化量を大きくすることができる。それにより、掃引長範囲が広帯域になり、しかもその波長範囲を高速に可変することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明のガスセンサ２０の概略構成を示している。ここで、被測定物１５（例えばエンジン）の内部で燃焼等によって２種類の対象ガスｍ１、ｍ２（例えばＣＯ及びＯＨラジカル）が発生し、その吸収スペクトルの波長はそれぞれλ１、λ２であるとする。
【００２０】
波長掃引光源２１は外部共振型のものであり、この実施形態の光源としてのレーザダイオード２２、回折格子２３およびＭＥＭＳスキャナ３０により構成されている。ここで、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナとは、マイクロ電気機械式構造体（電気信号の制御を受けて機械的に動作する構造体）によって形成されたスキャナを意味している。
【００２１】
レーザダイオード２２の一方の端面２２ａは低反射率に形成され、他方の端面２２ｂは高反射率に形成されており、単体で電源が供給されると、端面２２ａ、２２ｂの間隔で決まる波長（内部共振波長）の光を主に低反射率の端面２２ａ側から出射するが、共振器損失が大きいため、低出力でスペクトラムはブロードとなる。
【００２２】
また、低反射率の端面２２ａ側に高反射率の反射体を設けた場合には、その反射体と端面２２ｂとの距離で決まる波長（外部共振波長）の光を出射する。この場合には、共振器損失が少ないので、比較的強度が大きい狭帯域光が出射される。
【００２３】
レーザダイオード２２の端面２２ａ側には、回折格子２３が配置されている。回折格子２３は、レーザダイオード２２の端面２２ａにから出射された光を回折面２３ａで受けて、その光に含まれる各波長成分を波長に応じた方向に出射する。
【００２４】
回折格子２３の回折光はＭＥＭＳスキャナ３０に入射される。ＭＥＭＳスキャナ３０は反射体４０及び反射体駆動手段６０で構成され、回折格子２３の回折面２３ａに対向する反射体４０の反射面の角度を反射体駆動手段６０により可変できる構造を有している。
【００２５】
回折格子２３の回折光のうち、反射体４０の反射面に直交する向きに出射されたある波長λｘの光は同一光軸に沿って回折格子２３に反射され、レーザダイオード２２の端面２２ａに入射される。
【００２６】
ここで、レーザダイオード２２から回折格子２３を経由してＭＥＭＳスキャナ３０の反射体４０に至る光路長を選ぶことにより、レーザダイオード２２は外部共振モードとなり波長λｘの光を出射し、回折格子２３に対する反射体４０の角度を変えることにより、共振波長λｘを変化させることができる。
【００２７】
そして、反射体４０の角度を、所定位置を中心にして一定周期で往復変化させることで、例えば図２の（ａ）のように、出射光の波長をλａ〜λｂの範囲で連続的に且つ周期的に掃引することができる。
【００２８】
なお、ここでは波長掃引範囲λａ〜λｂが、検出対象ガスｍ１、ｍ２の吸収線スペクトラムλ１、λ２を含むように予め設定されているものとする。また、波長掃引中における時間と波長との関係は予め既知であるものとする。
【００２９】
この波長掃引光の一部は、測定光Ｗとしてレーザダイオード２２の端面２２ｂ側から、その端面２２ｂに直交する方向（特定方向）に出射され、被測定物１５に入射される。ここでは、レーザダイオード２２の反射率の高い端面２２ｂを通過する成分を測定光Ｗとして用いているが、図１の点線で示しているように、波長掃引光のうち回折格子２３で全反射して特定方向Ａに出射される光を測定光として用いることもできる。
【００３０】
測定光Ｗの掃引波長が、対象ガスｍ１、ｍ２の吸収スペクトルの波長λ１、λ２に一致していないときには、被測定物１５を透過する透過光Ｗ′は大きな損失を受けることなく受光素子７０に入射する。
【００３１】
また、測定光Ｗの掃引波長が対象ガスｍ１、ｍ２の吸収スペクトルの波長λ１、λ２に一致したときには、その波長の光が対象ガスｍ１、ｍ２に吸収されて、受光素子７０に入射される透過光Ｗ′の強度が小さくなる。
【００３２】
即ち、波長掃引光源２１から出射される測定光Ｗの強度が一定であるとすれば、図２の（ａ）のように掃引された測定光Ｗに対して、受光素子７０に入射される透過光Ｗ′の強度は、図２の（ｂ）のように、掃引波長が波長ｍ１、ｍ２に一致するタイミングに大きく減衰することになる。
【００３３】
この受光素子７０の出力信号から、検出対象ガスｍ１、ｍ２の有無、量等を把握することができる。受光素子７０の出力信号に対する処理は任意であるが、例えば時間軸を波長掃引に同期させたオシロスコープに受光素子７０の出力信号を入力すれば、図２の（ｂ）の波形が直視できる。
【００３４】
また、受光素子７０の出力信号を、図示しない信号処理部において、反射板４５の角度に対応した波長毎にサンプリングし、波長毎の光の強度を示すデータ（スペクトルデータ）としてメモリに記憶し、その記憶したデータに基づいて、対象ガスｍ１、ｍ２の存在、濃度等を検出してもよい。
【００３５】
図３は、波長掃引光源２１に用いるＭＥＭＳスキャナ３０の基本構造例を示している。
このＭＥＭＳスキャナの反射体４０は、横長矩形で互いに平行に配置された一対の固定基板４１、４２と、この一対の固定基板４１、４２の長辺側縁部の中央からこの固定基板４１、４２と直交する方向に所定幅、所定長さで延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な一対の軸部４３、４４と、横長矩形で一方の長辺側縁部の中央部で軸部４３の先端に連結され、他方の長辺側縁部の中央部で軸部４４の先端に連結された反射板４５とを有している。
【００３６】
反射板４５は、捩じれ変形可能な軸部４３、４４に中心部が支持されているので、この軸部４３、４４を結ぶ線を中心軸として固定基板４１、４２に対して回転することができる。また、軸部４３、４４と反射板４５とからなる部分の固有振動数ｆ０は、反射板４５自体の形状や質量及び軸部４３、４４のバネ定数によって決まる。
【００３７】
また、反射板４５の一面側４５ａには、光を反射するための反射面４６が形成されている。この反射面４６は、反射板４５自体を鏡面仕上げして形成したり、反射率の高い膜（図示しない）を蒸着あるいは接着して形成したものであってもよい。なお、この反射体４０は、導電性が高い基板から切り出されていて導電性を有している。
【００３８】
支持基板５０は絶縁性を有する材料からなり、その一面側の上部と下部には、前方へ突出する支持台５０ａ、５０ｂが形成されており、反射体４０の固定基板４１、４２は、この上下の支持台５０ａ、５０ｂに接した状態で固定されている。
【００３９】
また、支持基板５０の一面側中央部の両端には、反射体４０の反射板４５の両端にそれぞれ対向する電極板５１、５２がパターン形成されている。この電極板５１、５２は、後述する駆動信号発生器５５と共に前記反射体駆動手段６０（図１参照）を構成するものであり、反射板４５の両端部に静電的な力を交互にかつ周期的に印加して、反射板４５を往復回転運動させる。
【００４０】
このように構成された反射体４０は、回折格子２３からの回折光を反射板４５の反射面４６で受けて、その反射光を回折格子２３へ再入射させ、レーザダイオード２２の端面２２ａに戻して、レーザダイオード２２を外部共振モードで発光させ、その光の一部を前記測定光Ｗとしてレーザダイオード２２の端面２２ｂ側から出射させる。
【００４１】
駆動信号発生器５５は、例えば図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、反射体４０の電位を基準として電極板５１、５２に対して、固有振動数ｆ０に対応した周波数（あるいは固有振動数ｆ０の近傍の振動数に対応した周波数）を有し、位相が１８０°ずれた電気信号Ｖａ、Ｖｂを印加して、電極板５１と反射板４５の一端側との間及び電極板５２と反射板４５の他端側との間に、交互にかつ周期的に静電力(引力)を与え、反射板４５を固有振動数ｆ０あるいはその近傍の振動数で所定角度範囲を往復回転させて、前記図２の（ａ）に示したように測定光Ｗの波長を掃引させる。
【００４２】
なお、図４では、２つの電気信号Ｖａ、Ｖｂがデューティ比５０％の矩形波の場合を示しているが、両信号のデューティ比は５０％以下であってもよく、また、波形も矩形波に限らず、正弦波、三角波等であってもよい。
【００４３】
上記構成のＭＥＭＳスキャナ３０では、反射体４０を、一対の固定基板４１、４２と、その縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部４３、４４と、軸部４３、４４の先端に自身の縁部で連結され、軸部４３、４４に対して対称な形状に形成され、一面側４５ａに反射面４６が形成された反射板４５とによって構成すると共に、反射体４０の軸部４３、４４と反射板４５とからなる部分の固有振動数ｆ０に対応した周波数の電気信号によって反射板４５に力を与えて、反射板４５を固有振動数ｆ０又はその近傍の振動数で往復回転させている。
【００４４】
このため、僅かな電気エネルギーで反射板４５を高速に往復回転させることができ、しかも、その回転中心が反射板４５の内部（この場合、中央部）にあるので、その角度変化に対して、反射板４５の反射面４６への入射光の反射角の変化量が最も大きくなり、波長掃引範囲を格段に広くすることができる。軸部４３、４４のバネ定数は、軸部４３、４４の長さ、幅、厚み、材質によって決まり、このバネ定数と、反射板４５の形状、厚み、材質等で固有振動数ｆ０が決定され、これらのパラメータを選ぶことにより、固有振動数ｆ０を数１００Ｈｚ〜数１０ＫＨｚの範囲内で設定することができる。
【００４５】
このＭＥＭＳスキャナ３０により、波長掃引光源２１の掃引波長範囲が広帯域となり、しかもその掃引波長範囲を高速に可変（掃引）することができ、エンジンの燃焼現象をリアルタイムに観測する装置（１ＫＨｚ程度の応答性が要求される）としても利用できる。
【００４６】
なお、上記したＭＥＭＳスキャナ３０の構造は一例であり、各部の形状は種々変更できる。また、駆動方式としても前記例では電圧印加により静電的な力を発生させて反射板４０を回動させていたが、コイルや磁石を用いた磁界の吸引力、反発力、あるいは超音波振動体による振動印加で反射板４０を回動させてもよい。
【００４７】
また、上記ＭＥＭＳスキャナ３０では、駆動に用いる電気信号Ｖａ、Ｖｂの位相により時間帯波長の特性が決まるので予め電気信号Ｖａ、Ｖｂの位相と波長との関係を求めておくことで、受光素子７０に入射される光の波長を把握できる。ただし、周囲環境の変化により電気信号Ｖａ、Ｖｂの位相と波長との関係が変動する場合がある。
【００４８】
このような場合には、例えば図５に示すように、測定光Ｗの波長をモニタするための波長モニタ６５を設け、この波長モニタ６５の出力に基づいて測定光Ｗの実際の波長を校正すればよい。なお、図５では、波長掃引光のうち回折格子２３で全反射される光を波長モニタ６５に入射しているが、測定光Ｗの一部を任意の位置で分岐して波長モニタ６５に入射してもよい。
【００４９】
また、波長モニタ６５としては、測定光Ｗを受けて複数の既知波長の光のみを通過（あるいは減衰）させる固定波長フィルタとその固定波長フィルタの出力光の強度を検出する受光素子とで構成することができ、既知波長の光の受光強度がピーク（またはボトム）になるタイミングで測定光Ｗの波長を校正することができ、その波長間を補間すれば他の波長も校正できる。固定波長フィルタとしてはエタロン（登録商標）やガス吸収セルが使用できる。
【００５０】
前記実施形態のガスセンサ２０の波長掃引光源２１は、光源としてのレーザダイオード２２を外部共振モードで発光させていたが、波長掃引光源２１としては、広帯域光からフィルタにより所望波長の光を抽出する構造で、その抽出波長を掃引する方式のものも使用できる。
【００５１】
図６は、このフィルタ方式の波長掃引光源２１′を用いたガスセンサ２０′の構成を示している。
【００５２】
広帯域光源２２′は、対象ガスｍ１、ｍ２の吸収スペクトルの波長λ１、λ２を含む広帯域なスペクトル特性を持ったインコヒーレント光を出射するものであり、例えば、ＡＳＥ光源（発振波長０．３〜１．６μｍ）、ＳＬＤ（０．７８〜１．６５μｍ）、ＬＥＤ（０．３７〜１．６μｍ）、ハロゲンランプ（０．４〜３μｍ）、重水素ランプ（紫外）、太陽光等を用いることができる。
【００５３】
さらに具体的に説明すると、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、メタン（ＣＨ２）の３種類のガスを検出するときには、それぞれの吸収スペクトルの波長は、λＣＯ２＝１．４３９μｍ，λＣ２Ｈ２＝１．５３μｍ、λＣＨ２＝１．６５μｍであるので、これらの波長を発振帯域に含んでいるＳＬＤ（０．７８〜１．６５μｍ）を用いる。
【００５４】
広帯域光源２２′から出射された広帯域光は回折格子２３に入力されて回折されるが、その回折光のうち、反射体４０の反射面に所定角度で入射するある波長λｘの光は、その入射光軸と異なる光軸に沿って反射され回折格子２３に入射され、回折格子２３への入射角と波長λｘによって決まる方向へ回折される。
【００５５】
反射体４０が固定されていると仮定すると、波長λｘと僅かに異なる波長λｘ′の光は、反射体４０への入射角、回折格子２３への入射角が僅かにずれるため、波長λｘと僅かに異なる方向に回折される。つまり、回折格子２３が固定されている仮定すると、広帯域光に含まれている各波長成分は、ある特定方向を中心とする角度範囲に広がって回折されることになる。
【００５６】
よって、回折格子２３に対する反射体４０の角度を可変すると、特定方向（被測定物１５の方向）に出射される光の波長が前記図２の（ａ）に示したように掃引されることになる。
【００５７】
この波長掃引光源２１′では、回折格子２３の回折特性、回折格子２３に対する広帯域光の入射角、回折格子２３に対する反射体４０の位置を適宜設定することで、特定方向へ出射される光の波長がλａ〜λｂの範囲を連続的に掃引するようにしている。
【００５８】
上記構成の波長掃引光源２１′から特定方向に出射された光は、前記同様に測定光Ｗとして被測定物１５に入射され、その透過光Ｗ′が受光素子７０で受光される。そして、この受光信号と掃引波長との関係から、検出対象ガスの有無や濃度を把握できる。
【００５９】
この構成のガスセンサ２０′の場合も、ＭＥＭＳスキャナ３０により広い波長範囲の高速掃引が可能であるため、対象ガスの有無や濃度を高速に検出することができる。
【００６０】
なお、上記のようなフィルタ方式の波長掃引光源２１′において、波長をモニタする場合には、例えば、反射体４０に対して基準光を入射し、その反射光を位置センサで受けて、反射体４０の角度の変化を把握し、その角度と波長との関係から掃引波長を求めるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態の全体構成図
【図２】実施形態の動作説明図
【図３】実施形態の要部の構造図
【図４】実施形態の要部の駆動信号図
【図５】波長モニタを設けた実施形態の構成図
【図６】他の実施形態の全体構成図
【符号の説明】
【００６２】
１５……被測定物、２０、２０′……ガスセンサ、２１、２１′……波長掃引光源、２２……レーザダイオード、２２′……広帯域光源、２３……回折格子、３０……ＭＥＭＳスキャナ、４０……反射板、４１、４２……固定基板、４３、４４……軸部、４５……反射板、５０……支持基板、５１、５２……電極板、５５……駆動信号発生器、６０……反射体駆動手段、６５……波長モニタ、７０……受光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（２２、２２′）、回折格子（２３）およびＭＥＭＳスキャナ（３０）を含み、特定方向に出射される光の波長を、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む波長範囲で掃引し、該波長掃引された光を検出対象ガス雰囲気に入射する波長掃引光源（２１）と、
前記検出対象ガス雰囲気を透過した光を受けてその光強度を検出する受光素子（７０）とを備えたガスセンサ。
【請求項２】
前記波長掃引光源の光源はレーザダイオード（２２）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは前記レーザダイオードとの間で外部共振器を形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により外部共振波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記波長掃引光源の光源は、検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む広帯域光を出射する広帯域光源（２２′）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは、前記広帯域光から所望の波長成分を抽出するフィルタを形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により抽出波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳスキャナは、
前記回折格子からの回折光を受けて該回折格子に反射する反射体（４０）と、該反射体の反射面の角度を変化させる反射体駆動手段（６０）とを含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳスキャナの反射体は、
固定基板（４１、４２）と、
前記固定基板の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部（４３、４４）と、
前記軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子からの回折光を反射するための前記反射面が設けられた反射板（４５）とを有しており、
かつ前記ＭＥＭＳスキャナの反射体駆動手段は、
前記反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって前記反射板に力を与えて、該反射板を前記固有振動数又はそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴とする請求項４記載のガスセンサ。
【請求項１】
光源（２２、２２′）、回折格子（２３）およびＭＥＭＳスキャナ（３０）を含み、特定方向に出射される光の波長を、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む波長範囲で掃引し、該波長掃引された光を検出対象ガス雰囲気に入射する波長掃引光源（２１）と、
前記検出対象ガス雰囲気を透過した光を受けてその光強度を検出する受光素子（７０）とを備えたガスセンサ。
【請求項２】
前記波長掃引光源の光源はレーザダイオード（２２）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは前記レーザダイオードとの間で外部共振器を形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により外部共振波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記波長掃引光源の光源は、検出対象ガス固有の吸収スペクトル波長を含む広帯域光を出射する広帯域光源（２２′）により構成され、前記回折格子と前記ＭＥＭＳスキャナは、前記広帯域光から所望の波長成分を抽出するフィルタを形成し、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動により抽出波長を可変して、前記特定方向に出射する光の波長を掃引することを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳスキャナは、
前記回折格子からの回折光を受けて該回折格子に反射する反射体（４０）と、該反射体の反射面の角度を変化させる反射体駆動手段（６０）とを含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳスキャナの反射体は、
固定基板（４１、４２）と、
前記固定基板の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部（４３、４４）と、
前記軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子からの回折光を反射するための前記反射面が設けられた反射板（４５）とを有しており、
かつ前記ＭＥＭＳスキャナの反射体駆動手段は、
前記反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって前記反射板に力を与えて、該反射板を前記固有振動数又はそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴とする請求項４記載のガスセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２４９７３５（Ｐ２００８−２４９７３５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８６０５０（Ｐ２００８−１８６０５０）
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【分割の表示】特願２００５−８３１５８（Ｐ２００５−８３１５８）の分割
【原出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【分割の表示】特願２００５−８３１５８（Ｐ２００５−８３１５８）の分割
【原出願日】平成１７年３月２３日（２００５．３．２３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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