波長安定化装置及び方法
【課題】省電力化を図って半導体レーザを波長安定化する。
【解決手段】波長安定化装置１は、モニタ温度測定手段１４、温度記憶部２０、温度補正制御部３０を具備する。モニタ温度測定手段１４は、半導体レーザ１１、ペルチェ素子１２が密封容器１５内に密封収容された光モジュール１０周辺の温度をモニタ温度Ｔ0 として測定する。温度記憶部２０は、測定対象ガス固有の吸収線波長Ｗと一致する測定光を半導体レーザ１１から出射するための発振温度となる波長安定化温度Ｔを複数記憶する。温度補正制御部３０は、モニタ温度Ｔ0 と複数の波長安定化温度Ｔそれぞれとの差分の絶対値に基づいて最適な波長安定化温度Ｔを選択し、半導体レーザ１１の発振温度を当該選択された波長安定化温度Ｔになるように、ペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御する。
【解決手段】波長安定化装置１は、モニタ温度測定手段１４、温度記憶部２０、温度補正制御部３０を具備する。モニタ温度測定手段１４は、半導体レーザ１１、ペルチェ素子１２が密封容器１５内に密封収容された光モジュール１０周辺の温度をモニタ温度Ｔ0 として測定する。温度記憶部２０は、測定対象ガス固有の吸収線波長Ｗと一致する測定光を半導体レーザ１１から出射するための発振温度となる波長安定化温度Ｔを複数記憶する。温度補正制御部３０は、モニタ温度Ｔ0 と複数の波長安定化温度Ｔそれぞれとの差分の絶対値に基づいて最適な波長安定化温度Ｔを選択し、半導体レーザ１１の発振温度を当該選択された波長安定化温度Ｔになるように、ペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば都市ガスや化学プラント等の配管の劣化等に伴うガス漏洩を検出する際に、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するバッテリー動作のガス検知装置に用いられる波長安定化装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばメタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることが既に知られている。この吸収帯を利用したガス検知装置では、所定距離（この距離によって測定光路長が確定される）隔てて光源部と受光部とを配置し、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象ガスを含む雰囲気中に通し、その透過光を受光部の光検出器で受光し、このときの出力信号から測定対象ガスのガス濃度を測定している。
【０００３】
ここで、受光部の出力信号から検出される変調周波数の基本波位相敏感検波信号（以下、１ｆ信号と略称する）には、半導体レーザの電流変調による強度変調に起因する大きなオフセットが生じるため、微小なガス濃度を高感度で測定するには、１ｆ信号に比べてオフセットのかなり小さい２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号と略称する）が用いられる。
【０００４】
実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定ガス雰囲気中を通ると、被測定ガスにより測定光が吸収され、ガス濃度光路長積に応じた強度で変調周波数の２倍の周波数の強度変化（２ｆ信号成分Ｉ2f）による２ｆ信号が生成される。そして、この２ｆ信号の強度変化と元の変調周波数である１ｆ信号の強度変化（１ｆ信号成分Ｉ1f）の比Ｉ2f／Ｉ1fの値は、ガス濃度光路長積に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。
【０００５】
ところで、この種の従来のガス検知装置として、下記特許文献１には、測定対象のガス濃度を測定する測定光を、測定対象ガスを含む雰囲気中に出射し、その雰囲気中を透過した透過光を受光してガス濃度を測定する携帯型のガス濃度測定装置が開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示されたガス濃度測定装置５１は、図４に示すように、一面に開口穴５２を有する有底筒型形状の筐体５３と、筐体５３の後端側に位置して筐体５３を把持する把持部５４とを備えている。筐体５３内には、半導体レーザユニット５５が組み込まれるとともに、筐体５３内の中心軸線上の奥部に受光器５６が配置される。半導体レーザユニット５５は、測定雰囲気のガスを検知するための測定光を出射する半導体レーザを含む半導体レーザモジュール５７と、レーザポインタ５８と、合波手段５９とからなる。筐体５３の開口穴５２には、測定光の出射に伴う測定雰囲気からの反射測定光を受光器５６に集光する集光レンズ６０が固設される。レーザポインタ５８は、逆Ｖ字状の支持部材６１によって筐体５３の集光レンズ６０後方に固定され、測定光の出射位置を確認するための可視光をガイド光として出射している。合波手段５９は、筐体５３の集光レンズ６０後方で受光器５６の光軸Ｌ−Ｌ上に配置され、測定光とガイド光とを受光器５６の光軸Ｌ−Ｌ上で合波して集光レンズ６０の中央のガラス窓６２から出射している。
【０００７】
また、特許文献１のガス濃度測定装置を含む従来のガス検知装置では、半導体レーザユニットの波長安定化を図るため、半導体レーザモジュール５７の温度を検出し、この検出した温度が所定の温度になるように半導体レーザモジュール５７に設けられたペルチェ素子への印加電圧または電流を制御している。これにより、半導体レーザモジュール５７の動作温度や環境温度に左右されることなく、測定光の発振波長をガスの吸収線波長に合せて安定化している。
【特許文献１】特開２００５−１０６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した特許文献１に開示されるガス濃度測定装置を含め、従来のガス検知装置としては、ガス検知作業の効率化を図るため、動作電源として電池を使用し、装置を携帯して持ち歩くことができ、何時でもガス検知が行えるバッテリー動作の装置も知られている。そして、この種の装置に具備される半導体レーザは、使用環境温度が常温（２５〜３０℃）のときに、最も波長安定化に要する消費電力が小さくなるように測定対象ガスの吸収線波長と半導体レーザの発振波長とが一致するような仕様で作製されている。
【０００９】
しかしながら、半導体レーザの発振波長は温度に極めて敏感（約０．１ｎｍ/ ℃のシフト量）であり、且つ、ガス検知作業は様々な環境下で行われている。このため、使用環境温度の影響による半導体レーザの発振波長変動を補正するべく、装置駆動前や駆動中において使用環境温度の影響により変化した半導体レーザの発振温度を所定温度に補正（波長安定化処理）して、測定光の波長安定化を図っている。
【００１０】
ところが、上記のような携帯型のガス検知装置を用いてガス検知作業を行う場合、実際の使用環境温度の温度範囲が幅広く（例えば−２０〜５０℃）、また電源として電池を使用しているため、使用環境温度が常温から大きく離れている場所で作業した場合に波長安定化処理に対する消費電力が増大して電池を消耗し、動作時間が短くなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体レーザの波長安定化処理時における消費電力を抑え、動作時間への影響を低減することができる波長安定化装置及び方法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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された波長安定化装置は、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するガス検知装置に用いられる波長安定化装置において、
測定光を出射する半導体レーザ１１と、発熱又は吸熱して前記半導体レーザの発振温度を所定温度に調整するペルチェ素子１２とが密封容器１５内に密封収容された光モジュール１０と、
前記密封容器近傍に設置され、前記光モジュール周辺の温度をモニタ温度Ｔ0 として測定するモニタ温度測定手段１４と、
前記測定対象ガス固有の吸収線波長Ｗと一致する測定光を前記半導体レーザから出射するための発振温度となる複数の波長安定化温度Ｔを記憶する温度記憶部２０と、
前記モニタ温度と前記複数の波長安定化温度それぞれとの差分の絶対値に基づいて最適な前記波長安定化温度を選択し、前記半導体レーザの発振温度を当該選択された波長安定化温度になるように前記ペルチェ素子に対する通電電流値を制御する温度補正制御部３０と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載された波長安定化装置は、請求項１記載の波長安定化装置において、
前記温度補正制御部３０は、前記モニタ温度Ｔ0 と前記複数の波長安定化温度Ｔとの各々の差分の中に同値があるときに、前記ペルチェ素子１２を発熱させる方の波長安定化温度を選択することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載された波長安定化方法は、請求項１記載の波長安定化装置を用いた波長安定化方法であって、
前記モニタ温度測定手段１４によって前記光モジュール１０近傍のモニタ温度Ｔ0 を測定するステップと、
該測定したモニタ温度と前記温度記憶部２０に記憶された複数の波長安定化温度Ｔそれぞれとの差分を算出するステップと、
該算出された各差分の絶対値の中で最小となる値を選択するステップと、
該選択された値を算出した際に用いた波長安定化温度を前記半導体レーザ１１の発振温度として設定するステップと、
前記半導体レーザの発振温度を前記設定された波長安定化温度と一致するように前記ペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光モジュール近傍のモニタ温度に応じて、測定対象ガス固有の複数の吸収線波長の中から消費電力の最も少ない波長安定化温度を選択して半導体レーザの発振温度を補正制御することができる。これにより、装置の動作時間への影響を低減し、駆動電源である電池の省電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係る波長安定化装置の構成を説明するための概略ブロック図であり、図２は本発明に係る波長安定化装置を採用したガス検知装置で検知するメタンの吸収線波長を示す説明図であり、図３は本発明に係る波長安定化装置の処理動作を説明するためのフローチャート図である。
【００１７】
本発明に係る波長安定化装置は、図２に示すようなガスの赤外線吸収特性を利用して例えば都市ガスや化学プラント等のガス配管の劣化等に伴うガス漏洩を光学的に検知するバッテリー動作の携帯型ガス検知装置に採用される。そして、本発明に係る波長安定化装置では、半導体レーザから出射される測定光の発振波長を測定対象ガス固有の吸収線波長に補正する際に、最も消費電力の少ない吸収線波長に補正することにより装置の動作時間への影響を低減し、駆動電源である電池の省電力化を図っている。
【００１８】
図１に示すように、本例の波長安定化装置１は、光モジュール１０と、半導体レーザ１１の波長を安定化するための波長安定化温度を記憶する温度記憶部２０と、半導体レーザ１１の温度制御を行うための温度補正制御部３０とを備えて概略構成される。以下、各構成についてそれぞれ詳細に説明する。
【００１９】
光モジュール１０は、半導体レーザ１１と、ペルチェ素子１２と、ＬＤ温度測定手段１３と、モニタ温度測定手段１４とが密封容器１５内に密封収容され、モジュール化して構成されている。
【００２０】
半導体レーザ１１は、半導体の再結合発光を利用したレーザであり、本例ではペルチェ素子１２上に基板１６を介して設けられている。半導体レーザ１１は、不図示の半導体駆動電流源から通電電流が通電されると、測定対象ガスを検知するための所定波長のレーザ光（測定光）を出射する。
【００２１】
ペルチェ素子１２は、異種の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果（Peltier effect）を利用した板状の半導体素子であり、光モジュール１０内に実装されている。ペルチェ素子１２は、温度補正制御部３０の制御により通電される電流に応じて吸熱又は発熱を行い、半導体レーザ１１の温度を所定温度に調整している。
【００２２】
ＬＤ温度測定手段１３は、例えばサーミスタや白金薄膜温度センサ等の温度の変化により抵抗値が変化することを利用した温度センサで構成されている。ＬＤ温度測定手段１３は、光モジュール１０内における半導体レーザ１１近傍に実装（本例ではペルチェ素子１２上に基板１６を介して実装）され、半導体レーザ１１の温度と同期するペルチェ素子１２の温度を測定している。ＬＤ温度測定手段１３は、ペルチェ素子１２の温度を測定し、この測定した温度をＬＤ温度として温度補正制御部３０に出力している。
【００２３】
モニタ温度測定手段１４は、ＬＤ温度測定手段１３と同様にサーミスタ等の温度センサで構成される。モニタ温度測定手段１４は、光モジュール１０周辺の温度を測定するため、密封容器１５近傍に設置されている（本例では密封容器１５内の所定箇所に設置）。モニタ温度測定手段１４は、光モジュール１０周辺の温度をモニタ温度Ｔ0 として温度補正制御部３０に出力している。
【００２４】
温度記憶部２０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどの半導体メモリからなる記憶メモリを備え、測定対象ガス固有の吸収線波長Ｗと一致する測定光を半導体レーザ１１から出射するための発振温度となる複数の波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）を記憶している。この複数の波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）は、測定対象となるガス固有の吸収線波長Ｗ（測定対象ガスの検知において、波長吸収率及びスペクトラム特性に優れ、且つ、水蒸気等の他のガス分子による光吸収による影響が少ない吸収線波長）の光を半導体レーザ１１から出射するための発振温度（ペルチェ素子１２の設定温度）が好ましい。
【００２５】
具体的に測定対象ガスがメタンの場合には、図２に示すように、メタン固有の最適な吸収線波長ＷとしてＷ１（１６５０．９５ｎｍ）、Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）の２つがある。この場合、温度記憶部２０は、この吸収線波長Ｗ１、Ｗ２の何れかの波長に合せた測定光を半導体レーザ１１から出射させるため、Ｗ１の波長の光を出射するときのペルチェ素子１２の設定温度である波長安定化温度Ｔ1 ：０℃と、Ｗ２の波長の光を出射するときのペルチェ素子１２の設定温度である波長安定化温度Ｔ2 ：３０℃とをそれぞれ記憶している。
【００２６】
温度補正制御部３０は、測定対象ガスの吸収線波長Ｗと一致する測定光を半導体レーザ１１から出射するため、半導体レーザ１１の発振温度が温度記憶部２０から選択された波長安定化温度Ｔになるようにモニタ温度Ｔ0 に応じて温度補正制御している。
【００２７】
この温度補正制御部３０による半導体レーザ１１の温度補正制御では、まずモニタ温度測定手段１４からモニタ温度Ｔ0 を取得する。そして、モニタ温度測定手段１４から取得したモニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）との差分であるΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ：ΔＴ1 ＝Ｔ0 −Ｔ1 、ΔＴ2 ＝Ｔ0 −Ｔ2 、…、ΔＴn ＝Ｔ0 −Ｔn ）を算出し、この算出したΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）の各値が０未満であるか否かを判別する（ΔＴ1 〜ΔＴn ＜０）。
【００２８】
このとき、算出したΔＴ1 〜ΔＴn の中に０未満の値があった場合は、このΔＴに対して所定係数ｍ（０＜ｍ＜１）を重み付けしてΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）とする。これは、加熱時よりも冷却時の方がペルチェ素子１２の消費電流が多いため、ΔＴが同じ温度差（差分）であった際に、ペルチェ素子１２を加熱する側の波長安定化温度Ｔを選択するために行われる処理である。なお、係数ｍは、検出するモニタ温度Ｔ0 の検出精度（桁数）によって適宜設定される。
【００２９】
そして、ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）、ΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）それぞれの値の絶対値の中で最小となる値を選択する。その後、選択した値を算出した際に用いた波長安定化温度Ｔを半導体レーザ１１の発振温度（ペルチェ素子１２の設定温度）として設定し、この設定された波長安定化温度Ｔと半導体レーザ１１の発振温度とが一致するように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づきペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御する。
【００３０】
次に、上述した本例の波長安定化装置１の処理動作について説明する。オペレータは、まず電源を投入して波長安定化装置１を起動する。起動後、半導体レーザ１１から出射する測定光の発振波長を安定化するため、モニタ温度測定手段１４によって光モジュール１０近傍のモニタ温度Ｔ0 を測定する（ＳＴ１）。そして、測定したモニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）との差分であるΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）を算出し（ＳＴ２）、この算出したΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）がそれぞれ０未満であるか否かの判別を行う（ＳＴ３）。
【００３１】
ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）が０未満と判別したときは（ＳＴ３−Ｙｅｓ）、このΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）に対して係数ｍを重み付けしてΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）とし（ＳＴ４）、ＳＴ５へ移行する。
【００３２】
一方、ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）が０以上と判別したときには（ＳＴ３−Ｎｏ）、係数ｍの重み付けをぜずにＳＴ５へ移行する。
【００３３】
次に、ＳＴ５では、ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）、ΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）それぞれの値の絶対値の中で最小となる値を選択する。そして、最小となる値を選択すると、この選択した値を算出した際に用いた波長安定化温度Ｔを半導体レーザ１１の発振温度（ペルチェ素子１２の設定温度）として設定する（ＳＴ６）。この設定後、設定された波長安定化温度Ｔと半導体レーザ１１の発振温度とが一致するように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づきペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御し（ＳＴ７）、半導体レーザ１１から出射する測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔの吸収線波長に安定化させる。
【００３４】
なお、上述した動作説明では、測定光の波長の安定化処理を装置の起動後に行っているが、起動後の動作中でも例えばオペレータによる割込みの指示入力（例えばスイッチやキー操作など）によって選択的に行うことができる。また、事前の設定によって周期的に行うことも可能である。
【００３５】
このように、上述した波長安定化装置１は、半導体レーザ１１が収容された光モジュール１０の温度をモニタ温度Ｔ0 として測定し、この測定したモニタ温度Ｔ0 から測定対象ガス固有の複数の吸収線波長Ｗの波長安定化温度Ｔを差分してΔＴを算出する。そして、この算出した複数のΔＴの絶対値の中から最小のΔＴを選択し、この選択したΔＴを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔを半導体レーザ１１の発振温度として設定し、この設定された波長安定化温度Ｔと半導体レーザ１１の発振温度とが一致するように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御し、半導体レーザ１１から出射する測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔの吸収線波長に安定化させる。
【００３６】
これにより、測定したモニタ温度Ｔ0 に応じて測定対象ガス固有の複数の吸収線波長Ｗの中から消費電力の最も少ない波長安定化温度Ｔを選択して半導体レーザ１１の発振温度を補正制御することができる。その結果、装置の動作時間への影響を低減し、駆動電源である電池の省電力化を図ることができる。
【００３７】
以下、上述した本発明の波長安定化装置について実施例１〜３によって具体的に説明する。なお、実施条件としては、測定対象ガスとして吸収線波長Ｗ１（１６５０．９５ｎｍ）、Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）を持つメタンを使用し、吸収線波長Ｗ１の波長安定化温度Ｔ1 を０℃、吸収線波長Ｗ２の波長安定化温度Ｔ2 を３０℃、係数ｍを０．９９とし、モニタ温度Ｔ0 を実施例１では−１０℃、実施例２では１５℃、実施例３では２５℃としてそれぞれ説明する。
【００３８】
（実施例１）
装置起動後、モニタ温度Ｔ0 （Ｔ0 ＝−１０℃）を測定する。次に、モニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 、Ｔ2 ）との差分であるΔＴ1 、ΔＴ2 を算出し（ΔＴ1 ＝−１０、ΔＴ2 ＝−４０）、ΔＴ1 、ΔＴ2 が０未満であるか否かを判別する。このとき、ΔＴ1 、ΔＴ2 共に０未満であるため、ΔＴ1 、ΔＴ2 のそれぞれに係数ｍを重み付けする（ΔＴ1 ｍ＝−９．９、ΔＴ2 ｍ＝−３９．６）。
【００３９】
そして、算出したΔＴ1 ｍ、ΔＴ2 ｍの絶対値のうち値が小さい方のΔＴであるΔＴ1 ｍを選択し、このΔＴ1 ｍを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔ1 の０℃を半導体レーザ１１の発振温度とする。そして、半導体レーザ１１の発振温度（ＬＤ温度）が設定された波長安定化温度Ｔ1 になるように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２の通電電流値を制御し、測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔ1 の吸収線波長Ｗ１（１６５０．９５ｎｍ）に安定化させる。
【００４０】
（実施例２）
装置起動後、モニタ温度Ｔ0 （Ｔ0 ＝１５℃）を測定する。次に、モニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 、Ｔ2 ）との差分であるΔＴ1 、ΔＴ2 を算出し（ΔＴ1 ＝１５、ΔＴ2 ＝−１５）、ΔＴ1 、ΔＴ2 が０未満であるか否かを判別する。このとき、ΔＴ2 が０未満であるため、係数ｍを重み付けする（ΔＴ1 ＝１５、ΔＴ2 ｍ＝−１４．８５）。
【００４１】
そして、算出したΔＴ1 、ΔＴ2 ｍの絶対値のうち値が小さい方のΔＴであるΔＴ2 ｍを選択し、このΔＴ2 ｍを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔ2 の３０℃を半導体レーザ１１の発振温度とする。そして、半導体レーザ１１の発振温度（ＬＤ温度）が設定された波長安定化温度Ｔ2 になるように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２の通電電流値を制御し、測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔ2 の吸収線波長Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）に安定化させる。
【００４２】
（実施例３）
装置起動後、モニタ温度Ｔ0 （Ｔ0 ＝２５℃）を測定する。次に、モニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 、Ｔ2 ）との差分であるΔＴ1 、ΔＴ2 を算出し（ΔＴ1 ＝２５、ΔＴ2 ＝−５）、ΔＴ1 、ΔＴ2 が０未満であるか否かを判別する。このとき、ΔＴ2 が０未満であるため、係数ｍを重み付けする（ΔＴ1 ＝２５、ΔＴ2 ｍ＝−４．９５）。
【００４３】
そして、算出したΔＴ1 、ΔＴ2 ｍの絶対値のうち値が小さい方のΔＴであるΔＴ2 ｍを選択し、このΔＴ2 ｍを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔ2 の３０℃を半導体レーザ１１の発振温度とする。そして、半導体レーザ１１の発振温度（ＬＤ温度）が設定された波長安定化温度Ｔ2 になるように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２の通電電流値を制御し、測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔ2 の吸収線波長Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）に安定化させる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る波長安定化装置の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図２】本発明に係る波長安定化装置を採用したガス検知装置で検知するメタンの吸収線波長を示す説明図である。
【図３】本発明に係る波長安定化装置の処理動作を説明するためのフローチャート図である。
【図４】従来の携帯型ガス検知装置の構成を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 波長安定化装置
１０ 光モジュール
１１ 半導体レーザ
１２ ペルチェ素子
１３ ＬＤ温度測定手段
１４ モニタ温度測定手段
１５ 密封容器
１６ 基板
２０ 温度記憶部
３０ 温度補正制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば都市ガスや化学プラント等の配管の劣化等に伴うガス漏洩を検出する際に、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するバッテリー動作のガス検知装置に用いられる波長安定化装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばメタン、二酸化炭素、アセチレン、アンモニア等の気体には、分子の回転や構成原子間の振動等に応じて特定波長の光を吸収する吸収帯があることが既に知られている。この吸収帯を利用したガス検知装置では、所定距離（この距離によって測定光路長が確定される）隔てて光源部と受光部とを配置し、光源部の半導体レーザにより周波数変調されたレーザ光を測定対象ガスを含む雰囲気中に通し、その透過光を受光部の光検出器で受光し、このときの出力信号から測定対象ガスのガス濃度を測定している。
【０００３】
ここで、受光部の出力信号から検出される変調周波数の基本波位相敏感検波信号（以下、１ｆ信号と略称する）には、半導体レーザの電流変調による強度変調に起因する大きなオフセットが生じるため、微小なガス濃度を高感度で測定するには、１ｆ信号に比べてオフセットのかなり小さい２倍波位相敏感検波信号（以下、２ｆ信号と略称する）が用いられる。
【０００４】
実際にガス濃度を測定するにあたっては、測定ガス吸収線に合わせた波長の測定光が測定ガス雰囲気中を通ると、被測定ガスにより測定光が吸収され、ガス濃度光路長積に応じた強度で変調周波数の２倍の周波数の強度変化（２ｆ信号成分Ｉ2f）による２ｆ信号が生成される。そして、この２ｆ信号の強度変化と元の変調周波数である１ｆ信号の強度変化（１ｆ信号成分Ｉ1f）の比Ｉ2f／Ｉ1fの値は、ガス濃度光路長積に比例するので、この値に係数をかければガス濃度になる。
【０００５】
ところで、この種の従来のガス検知装置として、下記特許文献１には、測定対象のガス濃度を測定する測定光を、測定対象ガスを含む雰囲気中に出射し、その雰囲気中を透過した透過光を受光してガス濃度を測定する携帯型のガス濃度測定装置が開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示されたガス濃度測定装置５１は、図４に示すように、一面に開口穴５２を有する有底筒型形状の筐体５３と、筐体５３の後端側に位置して筐体５３を把持する把持部５４とを備えている。筐体５３内には、半導体レーザユニット５５が組み込まれるとともに、筐体５３内の中心軸線上の奥部に受光器５６が配置される。半導体レーザユニット５５は、測定雰囲気のガスを検知するための測定光を出射する半導体レーザを含む半導体レーザモジュール５７と、レーザポインタ５８と、合波手段５９とからなる。筐体５３の開口穴５２には、測定光の出射に伴う測定雰囲気からの反射測定光を受光器５６に集光する集光レンズ６０が固設される。レーザポインタ５８は、逆Ｖ字状の支持部材６１によって筐体５３の集光レンズ６０後方に固定され、測定光の出射位置を確認するための可視光をガイド光として出射している。合波手段５９は、筐体５３の集光レンズ６０後方で受光器５６の光軸Ｌ−Ｌ上に配置され、測定光とガイド光とを受光器５６の光軸Ｌ−Ｌ上で合波して集光レンズ６０の中央のガラス窓６２から出射している。
【０００７】
また、特許文献１のガス濃度測定装置を含む従来のガス検知装置では、半導体レーザユニットの波長安定化を図るため、半導体レーザモジュール５７の温度を検出し、この検出した温度が所定の温度になるように半導体レーザモジュール５７に設けられたペルチェ素子への印加電圧または電流を制御している。これにより、半導体レーザモジュール５７の動作温度や環境温度に左右されることなく、測定光の発振波長をガスの吸収線波長に合せて安定化している。
【特許文献１】特開２００５−１０６５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した特許文献１に開示されるガス濃度測定装置を含め、従来のガス検知装置としては、ガス検知作業の効率化を図るため、動作電源として電池を使用し、装置を携帯して持ち歩くことができ、何時でもガス検知が行えるバッテリー動作の装置も知られている。そして、この種の装置に具備される半導体レーザは、使用環境温度が常温（２５〜３０℃）のときに、最も波長安定化に要する消費電力が小さくなるように測定対象ガスの吸収線波長と半導体レーザの発振波長とが一致するような仕様で作製されている。
【０００９】
しかしながら、半導体レーザの発振波長は温度に極めて敏感（約０．１ｎｍ/ ℃のシフト量）であり、且つ、ガス検知作業は様々な環境下で行われている。このため、使用環境温度の影響による半導体レーザの発振波長変動を補正するべく、装置駆動前や駆動中において使用環境温度の影響により変化した半導体レーザの発振温度を所定温度に補正（波長安定化処理）して、測定光の波長安定化を図っている。
【００１０】
ところが、上記のような携帯型のガス検知装置を用いてガス検知作業を行う場合、実際の使用環境温度の温度範囲が幅広く（例えば−２０〜５０℃）、また電源として電池を使用しているため、使用環境温度が常温から大きく離れている場所で作業した場合に波長安定化処理に対する消費電力が増大して電池を消耗し、動作時間が短くなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体レーザの波長安定化処理時における消費電力を抑え、動作時間への影響を低減することができる波長安定化装置及び方法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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された波長安定化装置は、ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するガス検知装置に用いられる波長安定化装置において、
測定光を出射する半導体レーザ１１と、発熱又は吸熱して前記半導体レーザの発振温度を所定温度に調整するペルチェ素子１２とが密封容器１５内に密封収容された光モジュール１０と、
前記密封容器近傍に設置され、前記光モジュール周辺の温度をモニタ温度Ｔ0 として測定するモニタ温度測定手段１４と、
前記測定対象ガス固有の吸収線波長Ｗと一致する測定光を前記半導体レーザから出射するための発振温度となる複数の波長安定化温度Ｔを記憶する温度記憶部２０と、
前記モニタ温度と前記複数の波長安定化温度それぞれとの差分の絶対値に基づいて最適な前記波長安定化温度を選択し、前記半導体レーザの発振温度を当該選択された波長安定化温度になるように前記ペルチェ素子に対する通電電流値を制御する温度補正制御部３０と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載された波長安定化装置は、請求項１記載の波長安定化装置において、
前記温度補正制御部３０は、前記モニタ温度Ｔ0 と前記複数の波長安定化温度Ｔとの各々の差分の中に同値があるときに、前記ペルチェ素子１２を発熱させる方の波長安定化温度を選択することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載された波長安定化方法は、請求項１記載の波長安定化装置を用いた波長安定化方法であって、
前記モニタ温度測定手段１４によって前記光モジュール１０近傍のモニタ温度Ｔ0 を測定するステップと、
該測定したモニタ温度と前記温度記憶部２０に記憶された複数の波長安定化温度Ｔそれぞれとの差分を算出するステップと、
該算出された各差分の絶対値の中で最小となる値を選択するステップと、
該選択された値を算出した際に用いた波長安定化温度を前記半導体レーザ１１の発振温度として設定するステップと、
前記半導体レーザの発振温度を前記設定された波長安定化温度と一致するように前記ペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御するステップと、
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光モジュール近傍のモニタ温度に応じて、測定対象ガス固有の複数の吸収線波長の中から消費電力の最も少ない波長安定化温度を選択して半導体レーザの発振温度を補正制御することができる。これにより、装置の動作時間への影響を低減し、駆動電源である電池の省電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。図１は本発明に係る波長安定化装置の構成を説明するための概略ブロック図であり、図２は本発明に係る波長安定化装置を採用したガス検知装置で検知するメタンの吸収線波長を示す説明図であり、図３は本発明に係る波長安定化装置の処理動作を説明するためのフローチャート図である。
【００１７】
本発明に係る波長安定化装置は、図２に示すようなガスの赤外線吸収特性を利用して例えば都市ガスや化学プラント等のガス配管の劣化等に伴うガス漏洩を光学的に検知するバッテリー動作の携帯型ガス検知装置に採用される。そして、本発明に係る波長安定化装置では、半導体レーザから出射される測定光の発振波長を測定対象ガス固有の吸収線波長に補正する際に、最も消費電力の少ない吸収線波長に補正することにより装置の動作時間への影響を低減し、駆動電源である電池の省電力化を図っている。
【００１８】
図１に示すように、本例の波長安定化装置１は、光モジュール１０と、半導体レーザ１１の波長を安定化するための波長安定化温度を記憶する温度記憶部２０と、半導体レーザ１１の温度制御を行うための温度補正制御部３０とを備えて概略構成される。以下、各構成についてそれぞれ詳細に説明する。
【００１９】
光モジュール１０は、半導体レーザ１１と、ペルチェ素子１２と、ＬＤ温度測定手段１３と、モニタ温度測定手段１４とが密封容器１５内に密封収容され、モジュール化して構成されている。
【００２０】
半導体レーザ１１は、半導体の再結合発光を利用したレーザであり、本例ではペルチェ素子１２上に基板１６を介して設けられている。半導体レーザ１１は、不図示の半導体駆動電流源から通電電流が通電されると、測定対象ガスを検知するための所定波長のレーザ光（測定光）を出射する。
【００２１】
ペルチェ素子１２は、異種の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するというペルチェ効果（Peltier effect）を利用した板状の半導体素子であり、光モジュール１０内に実装されている。ペルチェ素子１２は、温度補正制御部３０の制御により通電される電流に応じて吸熱又は発熱を行い、半導体レーザ１１の温度を所定温度に調整している。
【００２２】
ＬＤ温度測定手段１３は、例えばサーミスタや白金薄膜温度センサ等の温度の変化により抵抗値が変化することを利用した温度センサで構成されている。ＬＤ温度測定手段１３は、光モジュール１０内における半導体レーザ１１近傍に実装（本例ではペルチェ素子１２上に基板１６を介して実装）され、半導体レーザ１１の温度と同期するペルチェ素子１２の温度を測定している。ＬＤ温度測定手段１３は、ペルチェ素子１２の温度を測定し、この測定した温度をＬＤ温度として温度補正制御部３０に出力している。
【００２３】
モニタ温度測定手段１４は、ＬＤ温度測定手段１３と同様にサーミスタ等の温度センサで構成される。モニタ温度測定手段１４は、光モジュール１０周辺の温度を測定するため、密封容器１５近傍に設置されている（本例では密封容器１５内の所定箇所に設置）。モニタ温度測定手段１４は、光モジュール１０周辺の温度をモニタ温度Ｔ0 として温度補正制御部３０に出力している。
【００２４】
温度記憶部２０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭなどの半導体メモリからなる記憶メモリを備え、測定対象ガス固有の吸収線波長Ｗと一致する測定光を半導体レーザ１１から出射するための発振温度となる複数の波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）を記憶している。この複数の波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）は、測定対象となるガス固有の吸収線波長Ｗ（測定対象ガスの検知において、波長吸収率及びスペクトラム特性に優れ、且つ、水蒸気等の他のガス分子による光吸収による影響が少ない吸収線波長）の光を半導体レーザ１１から出射するための発振温度（ペルチェ素子１２の設定温度）が好ましい。
【００２５】
具体的に測定対象ガスがメタンの場合には、図２に示すように、メタン固有の最適な吸収線波長ＷとしてＷ１（１６５０．９５ｎｍ）、Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）の２つがある。この場合、温度記憶部２０は、この吸収線波長Ｗ１、Ｗ２の何れかの波長に合せた測定光を半導体レーザ１１から出射させるため、Ｗ１の波長の光を出射するときのペルチェ素子１２の設定温度である波長安定化温度Ｔ1 ：０℃と、Ｗ２の波長の光を出射するときのペルチェ素子１２の設定温度である波長安定化温度Ｔ2 ：３０℃とをそれぞれ記憶している。
【００２６】
温度補正制御部３０は、測定対象ガスの吸収線波長Ｗと一致する測定光を半導体レーザ１１から出射するため、半導体レーザ１１の発振温度が温度記憶部２０から選択された波長安定化温度Ｔになるようにモニタ温度Ｔ0 に応じて温度補正制御している。
【００２７】
この温度補正制御部３０による半導体レーザ１１の温度補正制御では、まずモニタ温度測定手段１４からモニタ温度Ｔ0 を取得する。そして、モニタ温度測定手段１４から取得したモニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）との差分であるΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ：ΔＴ1 ＝Ｔ0 −Ｔ1 、ΔＴ2 ＝Ｔ0 −Ｔ2 、…、ΔＴn ＝Ｔ0 −Ｔn ）を算出し、この算出したΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）の各値が０未満であるか否かを判別する（ΔＴ1 〜ΔＴn ＜０）。
【００２８】
このとき、算出したΔＴ1 〜ΔＴn の中に０未満の値があった場合は、このΔＴに対して所定係数ｍ（０＜ｍ＜１）を重み付けしてΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）とする。これは、加熱時よりも冷却時の方がペルチェ素子１２の消費電流が多いため、ΔＴが同じ温度差（差分）であった際に、ペルチェ素子１２を加熱する側の波長安定化温度Ｔを選択するために行われる処理である。なお、係数ｍは、検出するモニタ温度Ｔ0 の検出精度（桁数）によって適宜設定される。
【００２９】
そして、ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）、ΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）それぞれの値の絶対値の中で最小となる値を選択する。その後、選択した値を算出した際に用いた波長安定化温度Ｔを半導体レーザ１１の発振温度（ペルチェ素子１２の設定温度）として設定し、この設定された波長安定化温度Ｔと半導体レーザ１１の発振温度とが一致するように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づきペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御する。
【００３０】
次に、上述した本例の波長安定化装置１の処理動作について説明する。オペレータは、まず電源を投入して波長安定化装置１を起動する。起動後、半導体レーザ１１から出射する測定光の発振波長を安定化するため、モニタ温度測定手段１４によって光モジュール１０近傍のモニタ温度Ｔ0 を測定する（ＳＴ１）。そして、測定したモニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 〜Ｔn ）との差分であるΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）を算出し（ＳＴ２）、この算出したΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）がそれぞれ０未満であるか否かの判別を行う（ＳＴ３）。
【００３１】
ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）が０未満と判別したときは（ＳＴ３−Ｙｅｓ）、このΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）に対して係数ｍを重み付けしてΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）とし（ＳＴ４）、ＳＴ５へ移行する。
【００３２】
一方、ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）が０以上と判別したときには（ＳＴ３−Ｎｏ）、係数ｍの重み付けをぜずにＳＴ５へ移行する。
【００３３】
次に、ＳＴ５では、ΔＴ（ΔＴ1 〜ΔＴn ）、ΔＴｍ（ΔＴ1 ｍ〜ΔＴn ｍ）それぞれの値の絶対値の中で最小となる値を選択する。そして、最小となる値を選択すると、この選択した値を算出した際に用いた波長安定化温度Ｔを半導体レーザ１１の発振温度（ペルチェ素子１２の設定温度）として設定する（ＳＴ６）。この設定後、設定された波長安定化温度Ｔと半導体レーザ１１の発振温度とが一致するように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づきペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御し（ＳＴ７）、半導体レーザ１１から出射する測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔの吸収線波長に安定化させる。
【００３４】
なお、上述した動作説明では、測定光の波長の安定化処理を装置の起動後に行っているが、起動後の動作中でも例えばオペレータによる割込みの指示入力（例えばスイッチやキー操作など）によって選択的に行うことができる。また、事前の設定によって周期的に行うことも可能である。
【００３５】
このように、上述した波長安定化装置１は、半導体レーザ１１が収容された光モジュール１０の温度をモニタ温度Ｔ0 として測定し、この測定したモニタ温度Ｔ0 から測定対象ガス固有の複数の吸収線波長Ｗの波長安定化温度Ｔを差分してΔＴを算出する。そして、この算出した複数のΔＴの絶対値の中から最小のΔＴを選択し、この選択したΔＴを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔを半導体レーザ１１の発振温度として設定し、この設定された波長安定化温度Ｔと半導体レーザ１１の発振温度とが一致するように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２に対する通電電流値を制御し、半導体レーザ１１から出射する測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔの吸収線波長に安定化させる。
【００３６】
これにより、測定したモニタ温度Ｔ0 に応じて測定対象ガス固有の複数の吸収線波長Ｗの中から消費電力の最も少ない波長安定化温度Ｔを選択して半導体レーザ１１の発振温度を補正制御することができる。その結果、装置の動作時間への影響を低減し、駆動電源である電池の省電力化を図ることができる。
【００３７】
以下、上述した本発明の波長安定化装置について実施例１〜３によって具体的に説明する。なお、実施条件としては、測定対象ガスとして吸収線波長Ｗ１（１６５０．９５ｎｍ）、Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）を持つメタンを使用し、吸収線波長Ｗ１の波長安定化温度Ｔ1 を０℃、吸収線波長Ｗ２の波長安定化温度Ｔ2 を３０℃、係数ｍを０．９９とし、モニタ温度Ｔ0 を実施例１では−１０℃、実施例２では１５℃、実施例３では２５℃としてそれぞれ説明する。
【００３８】
（実施例１）
装置起動後、モニタ温度Ｔ0 （Ｔ0 ＝−１０℃）を測定する。次に、モニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 、Ｔ2 ）との差分であるΔＴ1 、ΔＴ2 を算出し（ΔＴ1 ＝−１０、ΔＴ2 ＝−４０）、ΔＴ1 、ΔＴ2 が０未満であるか否かを判別する。このとき、ΔＴ1 、ΔＴ2 共に０未満であるため、ΔＴ1 、ΔＴ2 のそれぞれに係数ｍを重み付けする（ΔＴ1 ｍ＝−９．９、ΔＴ2 ｍ＝−３９．６）。
【００３９】
そして、算出したΔＴ1 ｍ、ΔＴ2 ｍの絶対値のうち値が小さい方のΔＴであるΔＴ1 ｍを選択し、このΔＴ1 ｍを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔ1 の０℃を半導体レーザ１１の発振温度とする。そして、半導体レーザ１１の発振温度（ＬＤ温度）が設定された波長安定化温度Ｔ1 になるように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２の通電電流値を制御し、測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔ1 の吸収線波長Ｗ１（１６５０．９５ｎｍ）に安定化させる。
【００４０】
（実施例２）
装置起動後、モニタ温度Ｔ0 （Ｔ0 ＝１５℃）を測定する。次に、モニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 、Ｔ2 ）との差分であるΔＴ1 、ΔＴ2 を算出し（ΔＴ1 ＝１５、ΔＴ2 ＝−１５）、ΔＴ1 、ΔＴ2 が０未満であるか否かを判別する。このとき、ΔＴ2 が０未満であるため、係数ｍを重み付けする（ΔＴ1 ＝１５、ΔＴ2 ｍ＝−１４．８５）。
【００４１】
そして、算出したΔＴ1 、ΔＴ2 ｍの絶対値のうち値が小さい方のΔＴであるΔＴ2 ｍを選択し、このΔＴ2 ｍを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔ2 の３０℃を半導体レーザ１１の発振温度とする。そして、半導体レーザ１１の発振温度（ＬＤ温度）が設定された波長安定化温度Ｔ2 になるように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２の通電電流値を制御し、測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔ2 の吸収線波長Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）に安定化させる。
【００４２】
（実施例３）
装置起動後、モニタ温度Ｔ0 （Ｔ0 ＝２５℃）を測定する。次に、モニタ温度Ｔ0 と温度記憶部２０に記憶された波長安定化温度Ｔ（Ｔ1 、Ｔ2 ）との差分であるΔＴ1 、ΔＴ2 を算出し（ΔＴ1 ＝２５、ΔＴ2 ＝−５）、ΔＴ1 、ΔＴ2 が０未満であるか否かを判別する。このとき、ΔＴ2 が０未満であるため、係数ｍを重み付けする（ΔＴ1 ＝２５、ΔＴ2 ｍ＝−４．９５）。
【００４３】
そして、算出したΔＴ1 、ΔＴ2 ｍの絶対値のうち値が小さい方のΔＴであるΔＴ2 ｍを選択し、このΔＴ2 ｍを算出した際に用いた波長安定化温度Ｔ2 の３０℃を半導体レーザ１１の発振温度とする。そして、半導体レーザ１１の発振温度（ＬＤ温度）が設定された波長安定化温度Ｔ2 になるように、ＬＤ温度測定手段１３からのＬＤ温度に基づいてペルチェ素子１２の通電電流値を制御し、測定光の発振波長を波長安定化温度Ｔ2 の吸収線波長Ｗ２（１６５３．７２ｎｍ）に安定化させる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る波長安定化装置の構成を説明するための概略ブロック図である。
【図２】本発明に係る波長安定化装置を採用したガス検知装置で検知するメタンの吸収線波長を示す説明図である。
【図３】本発明に係る波長安定化装置の処理動作を説明するためのフローチャート図である。
【図４】従来の携帯型ガス検知装置の構成を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 波長安定化装置
１０ 光モジュール
１１ 半導体レーザ
１２ ペルチェ素子
１３ ＬＤ温度測定手段
１４ モニタ温度測定手段
１５ 密封容器
１６ 基板
２０ 温度記憶部
３０ 温度補正制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するガス検知装置に用いられる波長安定化装置において、
測定光を出射する半導体レーザ（１１）と、発熱又は吸熱して前記半導体レーザの発振温度を所定温度に調整するペルチェ素子（１２）とが密封容器（１５）内に密封収容された光モジュール（１０）と、
前記密封容器近傍に設置され、前記光モジュール周辺の温度をモニタ温度（Ｔ0 ）として測定するモニタ温度測定手段（１４）と、
前記測定対象ガス固有の吸収線波長（Ｗ）と一致する測定光を前記半導体レーザから出射するための発振温度となる複数の波長安定化温度（Ｔ）を記憶する温度記憶部（２０）と、
前記モニタ温度と前記複数の波長安定化温度それぞれとの差分の絶対値に基づいて最適な前記波長安定化温度を選択し、前記半導体レーザの発振温度が当該選択された波長安定化温度になるように前記ペルチェ素子に対する通電電流値を制御する温度補正制御部（３０）と、
を備えたことを特徴とする波長安定化装置。
【請求項２】
前記温度補正制御部（３０）は、前記モニタ温度（Ｔ0 ）と前記複数の波長安定化温度（Ｔ）との各々の差分の中に同値があるときに、前記ペルチェ素子（１２）を発熱させる方の波長安定化温度を選択することを特徴とする請求項１記載の波長安定化装置。
【請求項３】
請求項１記載の波長安定化装置を用いた波長安定化方法であって、
前記モニタ温度測定手段（１４）によって前記光モジュール（１０）近傍のモニタ温度（Ｔ0 ）を測定するステップと、
該測定したモニタ温度と前記温度記憶部（２０）に記憶された複数の波長安定化温度（Ｔ）それぞれとの差分を算出するステップと、
該算出された各差分の絶対値の中で最小となる値を選択するステップと、
該選択された値を算出した際に用いた波長安定化温度を前記半導体レーザ（１１）の発振温度として設定するステップと、
前記半導体レーザの発振温度が前記設定された波長安定化温度と一致するように前記ペルチェ素子（１２）に対する通電電流値を制御するステップと、
を含むことを特徴とする波長安定化方法。
【請求項１】
ガスの赤外線吸収特性を利用して光学的にガスを検知するガス検知装置に用いられる波長安定化装置において、
測定光を出射する半導体レーザ（１１）と、発熱又は吸熱して前記半導体レーザの発振温度を所定温度に調整するペルチェ素子（１２）とが密封容器（１５）内に密封収容された光モジュール（１０）と、
前記密封容器近傍に設置され、前記光モジュール周辺の温度をモニタ温度（Ｔ0 ）として測定するモニタ温度測定手段（１４）と、
前記測定対象ガス固有の吸収線波長（Ｗ）と一致する測定光を前記半導体レーザから出射するための発振温度となる複数の波長安定化温度（Ｔ）を記憶する温度記憶部（２０）と、
前記モニタ温度と前記複数の波長安定化温度それぞれとの差分の絶対値に基づいて最適な前記波長安定化温度を選択し、前記半導体レーザの発振温度が当該選択された波長安定化温度になるように前記ペルチェ素子に対する通電電流値を制御する温度補正制御部（３０）と、
を備えたことを特徴とする波長安定化装置。
【請求項２】
前記温度補正制御部（３０）は、前記モニタ温度（Ｔ0 ）と前記複数の波長安定化温度（Ｔ）との各々の差分の中に同値があるときに、前記ペルチェ素子（１２）を発熱させる方の波長安定化温度を選択することを特徴とする請求項１記載の波長安定化装置。
【請求項３】
請求項１記載の波長安定化装置を用いた波長安定化方法であって、
前記モニタ温度測定手段（１４）によって前記光モジュール（１０）近傍のモニタ温度（Ｔ0 ）を測定するステップと、
該測定したモニタ温度と前記温度記憶部（２０）に記憶された複数の波長安定化温度（Ｔ）それぞれとの差分を算出するステップと、
該算出された各差分の絶対値の中で最小となる値を選択するステップと、
該選択された値を算出した際に用いた波長安定化温度を前記半導体レーザ（１１）の発振温度として設定するステップと、
前記半導体レーザの発振温度が前記設定された波長安定化温度と一致するように前記ペルチェ素子（１２）に対する通電電流値を制御するステップと、
を含むことを特徴とする波長安定化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−３０９５８３（Ｐ２００８−３０９５８３Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５６５６７（Ｐ２００７−１５６５６７）
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【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１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１３日（２００７．６．１３）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]