温度調節機能付き鏡、露点計、及び湿度センサ
【課題】温度調節機能付き鏡の更なる小型化を可能とする技術を提供
【解決手段】温度調節機能付き鏡２は、測温素子２１と、熱電素子２２と、熱電素子２２に通電するための温調電極２３，非温調電極２４と、基板２０を備える。基板２０は、その裏面に凹部２０ａが形成されたダイヤフラム構造を有している。また測温素子２１は、温度によってその抵抗値が変化する白金抵抗体である。そして測温素子２１は、基板２０の主面上において、凹部２０ａが形成されて基板の厚みが薄くなっているダイヤフラム領域に薄膜形成される。また熱電素子２２は、ペルチェ効果を利用した熱移動により加熱または冷却を行う素子であり、基板２０の主面上において測温素子２１の周囲を取り囲むように薄膜形成される。また温調電極２３は、測温素子２１の周囲を取り囲むように形成された熱電素子２２の内周部に形成されるとともに、非温調電極２４は熱電素子２２の外周部に形成される。
【解決手段】温度調節機能付き鏡２は、測温素子２１と、熱電素子２２と、熱電素子２２に通電するための温調電極２３，非温調電極２４と、基板２０を備える。基板２０は、その裏面に凹部２０ａが形成されたダイヤフラム構造を有している。また測温素子２１は、温度によってその抵抗値が変化する白金抵抗体である。そして測温素子２１は、基板２０の主面上において、凹部２０ａが形成されて基板の厚みが薄くなっているダイヤフラム領域に薄膜形成される。また熱電素子２２は、ペルチェ効果を利用した熱移動により加熱または冷却を行う素子であり、基板２０の主面上において測温素子２１の周囲を取り囲むように薄膜形成される。また温調電極２３は、測温素子２１の周囲を取り囲むように形成された熱電素子２２の内周部に形成されるとともに、非温調電極２４は熱電素子２２の外周部に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度調節機能付き鏡と、これを用いた露点計及び湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度調節機能付き鏡が露点計や湿度センサに用いられている。この温度調節機能付き鏡は、ペルチェ素子などの熱電素子と、白金抵抗体などの測温素子とを備えることにより、温度調節が可能に構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３３７０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の温度調節機能付き鏡は、鏡と熱電素子と測温素子とを別々に製造した後に、これらを接合することにより製造されている。このため、この接合に際し機械的な制約が大きく、温度調節機能付き鏡を更に小型化することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、温度調節機能付き鏡の更なる小型化を可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、鏡面の温度を調節する機能を有する温度調節機能付き鏡であって、基板の面上に薄膜形成された熱電素子と、基板の面上または熱電素子上に薄膜形成された測温素子とを備え、熱電素子は、測温素子を加熱または冷却し、測温素子の表面が鏡面として利用されることを特徴とする温度調節機能付き鏡である。
【０００６】
尚、「基板の面上に薄膜形成する」とは、直接または他部材を介して基板の面上に形成することである。同様に、「熱電素子上に薄膜形成する」とは、直接または他部材を介して熱電素子の面上に形成することである。
【０００７】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、測温素子と熱電素子が基板上に一体となって形成されている。このため、熱電素子と測温素子とを別々に製造してこれらを接合することが不要となり、温度調節機能付き鏡を更に小型化することが可能となる。また、測温素子は、薄膜形成によって表面の光反射率を高くすることで、その表面を鏡として用いることができる。
【０００８】
また、請求項１に記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項２に記載のように、複数の熱電素子を有し、複数の熱電素子の少なくとも一部は、直列に連なるように配置されるとともに、測温素子と隣接するようにしてもよい。
【０００９】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、或る熱電素子が移動させた熱を、その後、熱拡散による移動よりも速く、この熱電素子に隣接された別の熱電素子により更に移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子を加熱または冷却する場合よりも、測温素子から熱を移動させる速度を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項１または請求項２に記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項３に記載のように、複数の熱電素子を有し、複数の熱電素子の少なくとも一部は、測温素子に対してそれぞれ隣接して配置されるようにしてもよい。
【００１１】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、複数の熱電素子が１つの測温素子から同時に熱を移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子を加熱または冷却する場合よりも、単位時間当たりに測温素子から熱を移動させる量を多くすることができる。
【００１２】
また、請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度調節機能付き鏡は、請求項４に記載のように、測温素子は、基板の面上に薄膜形成されるようにすることが可能である。
そして、請求項１〜請求項４の何れかに記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項５に記載のように、基板は、測温素子及び熱電素子が形成されている面とは反対側の面において凹部が形成されたダイヤフラム領域と、このダイヤフラム領域以外の領域である周縁領域とを有し、測温素子は、ダイヤフラム領域内に配置され、熱電素子は、ダイヤフラム領域と周縁領域に跨って配置されるようにしてもよい。
【００１３】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、ダイヤフラム領域の基板の厚みは、周縁領域の基板の厚みより薄くなるため、ダイヤフラム領域は周縁領域よりも熱容量が小さくなる。そして、鏡面となる測温素子がダイヤフラム領域に配置されている。このため、ダイヤフラム領域に測温素子を配置しない場合と比較して、鏡面の温度調節を高速かつ高精度に行うことが可能となる。また、ダイヤフラム領域と周縁領域に跨るように熱電素子が配置されているので、熱電素子を介してダイヤフラム領域から移動した熱が周縁領域に伝達されても、これにより、周縁領域の温度が急激に上昇することを防止することができる。
【００１４】
また、請求項１〜請求項５の何れかに記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項６に記載のように、基板は、不透明材料により構成されているようにしてもよいし、請求項９に記載のように、基板は、透明材料により構成されているようにしてもよい。
【００１５】
そして請求項７に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を受光素子が受光するように配置され、 発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備えることによって、露点計を構成するようにしてもよい。
【００１６】
また請求項８に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を受光素子が受光するように配置され、発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備えることによって、湿度センサを構成するようにしてもよい。
【００１７】
また請求項１０に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を受光素子が受光するように配置され、発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備えることによって、露点計を構成するようにしてもよい。
【００１８】
また請求項１１に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を受光素子が受光するように配置され、発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備えることによって、湿度センサを構成するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態について図面とともに説明する。
図１は、本発明が適用された温度調節機能付き鏡２を備える露点計１の概略構成を示す側面図である。以下の説明では、図１に示す露点計１のうち左側を先端側として、右側を後端側として説明する。
【００２０】
露点計１は、図１に示すように、温度調節機能付き鏡２と、温度調節機能付き鏡２に通電するためのケーブル群３（図１ではケーブル３２のみを示す。図２を参照）と、温度調節機能付き鏡２に光Ｌ１を照射する発光素子１１及び温度調節機能付き鏡２で反射した光Ｌ２を受光する受光素子１２を備えた発光・受光部４と、温度調節機能付き鏡２とケーブル群３と発光・受光部４を収納する筺体５とから構成される。
【００２１】
これらのうち発光・受光部４は、上述の発光素子１１及び受光素子１２と、発光素子１１により照射された光が温度調節機能付き鏡２で反射されることなく直接受光素子１２に到達するのを防ぐために発光素子１１と受光素子１２との間に設けられた遮光壁１３と、露点計１の外部からの光が受光素子１２に到達するのを防ぐために設けられた遮光壁１４，１５と、発光素子１１と受光素子１２と遮光壁１３，１４，１５を温度調節機能付き鏡２の上方に配置されるように支持する支持部１６とから構成されている。なお、遮光壁１４は発光素子１１を挟んで遮光壁１３と反対側に配置され、遮光壁１５は受光素子１２を挟んで遮光壁１４と反対側に設けられている。
【００２２】
また筺体５の先端側は、被測定気体を筺体５の内部に導入するための開口部４１が設けられている。そして、開口部４１と温度調節機能付き鏡２との間に通気フィルタ４３が設置されている。更に筺体５の後端側には、ケーブル群３を露点計１の内部に導入するための開口部４２が設けられている。そして、ケーブル群３の一部が筺体５の内部に導入された状態でケーブル群３を固定するために、開口部４２は樹脂４４によりモールドされている。
【００２３】
図２は、本発明が適用された温度調節機能付き鏡２の概略構成を示す平面図である。
温度調節機能付き鏡２は、図２に示すように、測温素子２１と、熱電素子２２と、熱電素子２２に通電するための電極２３，２４と、測温素子２１と熱電素子２２と電極２３，２４を支持する基板２０とを備える。なお以下、電極２３を温調電極２３、電極２４を非温調電極２４とも称す。
【００２４】
これらのうち基板２０は、シリコンを材料として構成されたシリコン基板である。そして基板２０は、その裏面に凹部２０ａが形成されたダイヤフラム構造を有している（図１を参照）。
【００２５】
また測温素子２１は、温度によってその抵抗値が変化する白金抵抗体である。そして測温素子２１は、基板２０の主面上において、凹部２０ａが形成されて基板の厚みが薄くなっているダイヤフラム領域２０ｂに薄膜形成される。
【００２６】
また熱電素子２２は、ペルチェ効果を利用した熱移動により加熱または冷却を行う素子であり、基板２０の主面上において測温素子２１の周囲を取り囲むように薄膜形成される。これにより、熱電素子２２のうち内周部分は、ダイヤフラム領域２０ｂ（図１を参照）上に配置され、内周部分以外の部分は、ダイヤフラム領域２０ｂより基板の厚みが厚くなっている周縁領域２０ｃ（図１を参照）上に配置される。
【００２７】
また温調電極２３は、測温素子２１の周囲を取り囲むように形成された熱電素子２２の内周部に形成されるとともに、非温調電極２４は熱電素子２２の外周部に形成される。
またケーブル群３のうち、熱電素子用ケーブル３１は、配線２５を介して温調電極２３と電気的に接続される。また熱電素子用ケーブル３２は、配線を介することなく直接、非温調電極２４と電気的に接続される。更に測温素子用ケーブル３３，３４は、それぞれ配線２６，２７を介して測温素子２１と電気的に接続される。
【００２８】
そして、例えばＰ型の熱電素子を用いた場合、熱電素子用ケーブル３１側を正極とするとともに熱電素子用ケーブル３２を負極として熱電素子２２に通電すると、温調電極２３から非温調電極２４へ向かう方向に熱が移動し（図２の矢印ＨＡを参照）、測温素子２１を冷却することができる。更に、熱電素子２２を介して非温調電極２４に到達した熱は、熱電素子用ケーブル３２を介して外部に放出される（図２の矢印ＨＢを参照）。
【００２９】
なおケーブル群３のうち、非温調電極２４と接続される熱電素子用ケーブル３２は、ヒートシンクとして機能させるために、その他のケーブル３１，３３，３４よりも径が大きい。また、配線２５による温調電極２３の熱引きを抑制するために、配線２５の幅をできるだけ狭くすることが望ましい。同様に、配線２６，２７による測温素子２１の熱引きを抑制するために、配線２６，２７の幅をできるだけ狭くすることが望ましい。
【００３０】
次に、露点計１の電気的構成について説明する。図３は、露点計１の電気的構成を示すブロック図である。
露点計１は、図３に示すように、発光素子１１と受光素子１２と測温素子２１と熱電素子２２を制御する制御回路５０を備える。
【００３１】
制御回路５０は、制御回路５０全体を制御するＣＰＵ５１と、発光素子１１を発光させるための電流を出力する電流出力回路５２と、受光素子１２が受光した光の強度が電流値により特定される電気信号を受光素子１２から入力する電流入力回路５３と、測温素子２１の抵抗値を検出する抵抗入力回路５４と、測温素子２１を加熱または冷却するための電流を熱電素子２２に出力する電流出力回路５５と、電流入力回路５３に入力した電流の電流値および抵抗入力回路５４が検出した抵抗値をアナログ値からデジタル値に変換してＣＰＵ５１へ出力するＡ／Ｄコンバータ５６と、ＣＰＵ５１が指示した電流値を示すデジタル値をアナログ値に変換して電流出力回路５２，５５へ出力するＤ／Ａコンバータ５７とから構成される。
【００３２】
次に、露点計１の動作について説明する。図４は、露点計１の測定タイミングを示すチャートである。
図４に示すように、露点計１は、測定周期ＳＳを１サイクルとして露点の測定を繰り返し行う。具体的には、図４（ａ）に示すように、制御回路５０が、電流値Ｉ１を初期値として測定周期ＳＳ経過後に電流値Ｉ２となるように徐々に電流値を増加させて、熱電素子２２に対して電流を出力する。なお、図４（ａ）では電流値が徐々に大きくなっており、１サイクル中において測定開始時刻ｔ０から時間が経過するほど測温素子２１から熱電素子２２への単位時間当たり熱移動量（即ち、測温素子２１の冷却速度）が大きくなることを示している。
【００３３】
また制御回路５０は、受光素子１２から電流を入力し、その電流値を検出する。そして図４（ｂ）に示すように、測温素子２１が熱電素子２２により冷却されると、測温素子２１の表面に結露が生じ（点Ｐ１を参照）、反射光Ｌ２の強度を示す電流値が電流値Ｉ４から電流値Ｉ３に低下する。このため、反射光Ｌ２の強度が低下し始めた時（図４では時刻ｔ１）に、結露が生じたと判断することができる。
【００３４】
更に制御回路５０は、抵抗入力回路５４を介して測温素子２１の抵抗値を検出する。そして、図４（ｃ）に示すように、熱電素子２２により測温素子２１が冷却されることによって測温素子２１の抵抗値が徐々に低下する。このため、結露発生時（即ち、時刻ｔ１）における測温素子２１の抵抗値（点Ｐ２を参照）を検出し、この抵抗値を温度に変換することにより露点を測定することができる。このようにして露点を測定する制御回路５０は、本発明の露点演算手段に相当する。
【００３５】
このように構成された温度調節機能付き鏡２では、測温素子２１と熱電素子２２が基板２０の主面上に一体となって形成されている。このため、熱電素子２２と測温素子２１とを別々に製造してこれらを接合することが不要となり、温度調節機能付き鏡２を更に小型化することが可能となる。また、測温素子２１は、薄膜形成によって表面の光反射率を高くすることで、その表面を鏡として用いることができる。
【００３６】
また、ダイヤフラム領域２０ｂの基板の厚みは、周縁領域２０ｃの基板の厚みより薄くなるため、ダイヤフラム領域２０ｂは周縁領域２０ｃよりも熱容量が小さくなる。そして、鏡面となる測温素子２１がダイヤフラム領域２０ｂに配置されている。このため、ダイヤフラム領域２０ｂに測温素子２１を配置しない場合と比較して、鏡面の温度調節を高速かつ高精度に行うことが可能となる。更に、熱電素子２２はダイヤフラム領域２０ｂと周縁領域２０ｃに跨って配置されており、周縁領域２０ｃはダイヤフラム領域２０ｂより熱容量が大きいので、熱電素子２２を介してダイヤフラム領域２０ｂから移動した熱が周縁領域２０ｃに伝達されても、これにより、周縁領域２０ｃの温度が急激に上昇することを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、１つの熱電素子２２を用いて測温素子２１の温度を調節するものを示したが、複数の熱電素子を用いるようにしてもよい。
【００３８】
例えば図５（ａ）に示すように、温度調節機能付き鏡１００は、１つの測温素子１０１と、４つの熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４と、測温素子１０１と熱電素子１１１〜１１４を支持する基板１２１とを備える。なお、熱電素子１１１は第１電極１３１と第２電極１４１を備え、同様に、熱電素子１１２，１１３，１１４はそれぞれ第１電極１３２，１３３，１３４と第２電極１４２，１４３，１４４を備える。
【００３９】
そして、第１電極１３１と第２電極１４１との間で熱電素子１１１を介して電流が流れるように第１電極１３１と第２電極１４１を電流源１５１に配線する。同様に、第１電極１３２，１３３，１３４と第２電極１４２，１４３，１４４との間で熱電素子１１２，１１３，１１４を介して電流が流れるように第１電極１３２，１３３，１３４と第２電極１４２，１４３，１４４を電流源１５１に配線する。
【００４０】
更に、測温素子１０１と第１電極１３１とが隣り合うように熱電素子１１１を配置し、第２電極１４１と第１電極１３２が隣り合うように熱電素子１１２を配置し、第２電極１４２と第１電極１３３が隣り合うように熱電素子１１３を配置し、第２電極１４３と第１電極１３４が隣り合うように熱電素子１１４を配置される。
【００４１】
これにより、測温素子１０１を基準とした熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４を介する熱移動方向（図５（ａ）の矢印Ｈ１〜Ｈ５を参照）が同じになるように（矢印Ｈ１〜Ｈ５は、測温素子１０１から熱が出て行く方向を示している）、熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４が直列に連なるように配置されるとともに、熱電素子１１１が測温素子１０１と隣接して配置される。
【００４２】
このように熱電素子を配置することにより、或る熱電素子（例えば熱電素子１１１）が移動させた熱を、その後、熱拡散による移動よりも速く、この熱電素子に隣接された別の熱電素子（例えば熱電素子１１２）により更に移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子２１を加熱または冷却する場合よりも、測温素子２１から熱を移動させる速度を向上させることができる。
【００４３】
或いは、図５（ｂ）に示すように、温度調節機能付き鏡２００は、１つの測温素子１０１と、４つの熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４と、測温素子１０１と熱電素子１１１〜１１４を支持する基板１２２とを備える。そして、熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４は、それぞれ異なる位置で、測温素子１０１と第１電極１３１，１３２，１３３，１３４が隣り合うように配置される。
【００４４】
これにより、測温素子１０１に対してそれぞれ異なる位置で、測温素子１０１を基準とした熱電素子を介する熱移動方向（図５（ｂ）の矢印Ｈ１１〜Ｈ１８を参照）が同じになるように（矢印Ｈ１１〜Ｈ１８は、測温素子１０１から熱が出て行く方向を示している）、測温素子１０１に対してそれぞれ隣接して配置される。
【００４５】
このように熱電素子を配置することにより、複数の熱電素子が１つの測温素子１０１から同時に熱を移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子１０１を加熱または冷却する場合よりも、単位時間当たりに測温素子１０１から熱を移動させる量を多くすることができる。
【００４６】
また上記実施形態では、不透明材料であるシリコンで構成された基板２０を用いた温度調節機能付き鏡２に光を照射し、温度調節機能付き鏡２で反射した光を受光することにより露点を測定する露点計１を示したが、図６（ａ）に示すように、透明材料を用いた基板３０１上に測温素子２１及び熱電素子２２を形成した温度調節機能付き鏡３００を備え、温度調節機能付き鏡３００の裏面側から測温素子２１に向けて光Ｌ３１を照射し、測温素子２１を透過した光Ｌ３２を受光することにより露点を測定するようにしてもよい。
【００４７】
また上記実施形態では、測温素子２１及び熱電素子２２が同一平面上に配置される温度調節機能付き鏡２を備える露点計１を示したが、図６（ｂ）に示すように、基板４０１上に熱電素子４２２を配置し、更に熱電素子４２２の上に測温素子４２１を配置することにより、基板４０１の厚さ方向に熱を移動させる（図６（ｂ）の矢印Ｈ４１を参照）ようにした温度調節機能付き鏡４００を備え、温度調節機能付き鏡４００の表面側から測温素子４２１に向けて光Ｌ４１を照射し、測温素子４２１で反射した光Ｌ４２を受光することにより露点を測定するようにしてもよい。
【００４８】
また上記実施形態では、温度調節機能付き鏡２の上方に発光素子１１と受光素子１２が配置される露点計１を示したが、図７（ａ）に示すように、基板５０１上に発光素子５１１と受光素子５１２と測温素子５２１と熱電素子５２２を一体形成し、発光素子５１１から測温素子５２１に向けて光Ｌ５１を照射し、測温素子５２１で反射した光Ｌ５２を受光素子５１２で受光することにより露点を測定するようにしてもよい。
【００４９】
また上記実施形態では、制御回路５０から電流を出力することにより発光素子１１を発光させるとともに、受光素子１２からの電気信号を制御回路５０に入力することにより反射光の強度を検出して露点を測定する露点計１を示したが、図７（ｂ）に示すように、光ファイバー６１３により外部から導かれた光Ｌ６１を発光部６１１から温度調節機能付き鏡２に向けて照射するとともに、温度調節機能付き鏡２で反射した光Ｌ６２を受光部６１２で受光し、更に、受光部６１２で受光した光Ｌ６２を光ファイバー６１４により外部へ導くことによって、露点を測定するようにしてもよい。
【００５０】
また上記実施形態では、温度調節機能付き鏡２を用いて露点を測定する露点計１を示した。しかし、露点計１で測定された露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する処理を制御回路５０のＣＰＵ５１が行うことによって、湿度センサとして用いるようにしてもよい。この場合に、ＣＰＵ５１は、本発明の湿度演算手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】露点計１の概略構成を示す側面図である。
【図２】温度調節機能付き鏡２の概略構成を示す平面図である。
【図３】露点計１の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】露点計１の測定タイミングを示すチャートである。
【図５】温度調節機能付き鏡１００，２００の概略構成を示す平面図である。
【図６】温度調節機能付き鏡３００，４００の概略構成を示す平面図である。
【図７】別の実施形態の露点計の概略構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…露点計、２，１００，２００，３００，４００…温度調節機能付き鏡、３…ケーブル群、４…発光・受光部、５…筺体、１１，５１１…発光素子、１２，５１２…受光素子、１３〜１５…遮光壁、１６…支持部、２０，１２１，１２２，３０１，４０１，５０１…基板、２０ａ…凹部、２０ｂ…ダイヤフラム領域、２０ｃ…周縁領域、２１，１０１，４２１，５２１…測温素子、２２，１１１〜１１４，４２２，５２２…熱電素子、２３…温調電極、２４…非温調電極、２５〜２７…配線、３１，３２…熱電素子用ケーブル、３３，３４…測温素子用ケーブル、４１，４２…開口部、４３…通気フィルタ、４４…樹脂、５０…制御回路、５１…ＣＰＵ、５２，５５…電流出力回路、５３…電流入力回路、５４…抵抗入力回路、５６…Ａ／Ｄコンバータ、５７…Ｄ／Ａコンバータ、６１１…発光部、６１２…受光部、６１３，６１４…光ファイバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度調節機能付き鏡と、これを用いた露点計及び湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、温度調節機能付き鏡が露点計や湿度センサに用いられている。この温度調節機能付き鏡は、ペルチェ素子などの熱電素子と、白金抵抗体などの測温素子とを備えることにより、温度調節が可能に構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３３７０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の温度調節機能付き鏡は、鏡と熱電素子と測温素子とを別々に製造した後に、これらを接合することにより製造されている。このため、この接合に際し機械的な制約が大きく、温度調節機能付き鏡を更に小型化することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、温度調節機能付き鏡の更なる小型化を可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、鏡面の温度を調節する機能を有する温度調節機能付き鏡であって、基板の面上に薄膜形成された熱電素子と、基板の面上または熱電素子上に薄膜形成された測温素子とを備え、熱電素子は、測温素子を加熱または冷却し、測温素子の表面が鏡面として利用されることを特徴とする温度調節機能付き鏡である。
【０００６】
尚、「基板の面上に薄膜形成する」とは、直接または他部材を介して基板の面上に形成することである。同様に、「熱電素子上に薄膜形成する」とは、直接または他部材を介して熱電素子の面上に形成することである。
【０００７】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、測温素子と熱電素子が基板上に一体となって形成されている。このため、熱電素子と測温素子とを別々に製造してこれらを接合することが不要となり、温度調節機能付き鏡を更に小型化することが可能となる。また、測温素子は、薄膜形成によって表面の光反射率を高くすることで、その表面を鏡として用いることができる。
【０００８】
また、請求項１に記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項２に記載のように、複数の熱電素子を有し、複数の熱電素子の少なくとも一部は、直列に連なるように配置されるとともに、測温素子と隣接するようにしてもよい。
【０００９】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、或る熱電素子が移動させた熱を、その後、熱拡散による移動よりも速く、この熱電素子に隣接された別の熱電素子により更に移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子を加熱または冷却する場合よりも、測温素子から熱を移動させる速度を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項１または請求項２に記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項３に記載のように、複数の熱電素子を有し、複数の熱電素子の少なくとも一部は、測温素子に対してそれぞれ隣接して配置されるようにしてもよい。
【００１１】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、複数の熱電素子が１つの測温素子から同時に熱を移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子を加熱または冷却する場合よりも、単位時間当たりに測温素子から熱を移動させる量を多くすることができる。
【００１２】
また、請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度調節機能付き鏡は、請求項４に記載のように、測温素子は、基板の面上に薄膜形成されるようにすることが可能である。
そして、請求項１〜請求項４の何れかに記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項５に記載のように、基板は、測温素子及び熱電素子が形成されている面とは反対側の面において凹部が形成されたダイヤフラム領域と、このダイヤフラム領域以外の領域である周縁領域とを有し、測温素子は、ダイヤフラム領域内に配置され、熱電素子は、ダイヤフラム領域と周縁領域に跨って配置されるようにしてもよい。
【００１３】
このように構成された温度調節機能付き鏡では、ダイヤフラム領域の基板の厚みは、周縁領域の基板の厚みより薄くなるため、ダイヤフラム領域は周縁領域よりも熱容量が小さくなる。そして、鏡面となる測温素子がダイヤフラム領域に配置されている。このため、ダイヤフラム領域に測温素子を配置しない場合と比較して、鏡面の温度調節を高速かつ高精度に行うことが可能となる。また、ダイヤフラム領域と周縁領域に跨るように熱電素子が配置されているので、熱電素子を介してダイヤフラム領域から移動した熱が周縁領域に伝達されても、これにより、周縁領域の温度が急激に上昇することを防止することができる。
【００１４】
また、請求項１〜請求項５の何れかに記載の温度調節機能付き鏡においては、請求項６に記載のように、基板は、不透明材料により構成されているようにしてもよいし、請求項９に記載のように、基板は、透明材料により構成されているようにしてもよい。
【００１５】
そして請求項７に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を受光素子が受光するように配置され、 発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備えることによって、露点計を構成するようにしてもよい。
【００１６】
また請求項８に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を受光素子が受光するように配置され、発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備えることによって、湿度センサを構成するようにしてもよい。
【００１７】
また請求項１０に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を受光素子が受光するように配置され、発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備えることによって、露点計を構成するようにしてもよい。
【００１８】
また請求項１１に記載のように、発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、発光素子及び受光素子は、発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を受光素子が受光するように配置され、発光素子から発光させた状態で、熱電素子により測温素子を冷却して、受光素子により受光された光の強度が低下した時に、測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備えることによって、湿度センサを構成するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態について図面とともに説明する。
図１は、本発明が適用された温度調節機能付き鏡２を備える露点計１の概略構成を示す側面図である。以下の説明では、図１に示す露点計１のうち左側を先端側として、右側を後端側として説明する。
【００２０】
露点計１は、図１に示すように、温度調節機能付き鏡２と、温度調節機能付き鏡２に通電するためのケーブル群３（図１ではケーブル３２のみを示す。図２を参照）と、温度調節機能付き鏡２に光Ｌ１を照射する発光素子１１及び温度調節機能付き鏡２で反射した光Ｌ２を受光する受光素子１２を備えた発光・受光部４と、温度調節機能付き鏡２とケーブル群３と発光・受光部４を収納する筺体５とから構成される。
【００２１】
これらのうち発光・受光部４は、上述の発光素子１１及び受光素子１２と、発光素子１１により照射された光が温度調節機能付き鏡２で反射されることなく直接受光素子１２に到達するのを防ぐために発光素子１１と受光素子１２との間に設けられた遮光壁１３と、露点計１の外部からの光が受光素子１２に到達するのを防ぐために設けられた遮光壁１４，１５と、発光素子１１と受光素子１２と遮光壁１３，１４，１５を温度調節機能付き鏡２の上方に配置されるように支持する支持部１６とから構成されている。なお、遮光壁１４は発光素子１１を挟んで遮光壁１３と反対側に配置され、遮光壁１５は受光素子１２を挟んで遮光壁１４と反対側に設けられている。
【００２２】
また筺体５の先端側は、被測定気体を筺体５の内部に導入するための開口部４１が設けられている。そして、開口部４１と温度調節機能付き鏡２との間に通気フィルタ４３が設置されている。更に筺体５の後端側には、ケーブル群３を露点計１の内部に導入するための開口部４２が設けられている。そして、ケーブル群３の一部が筺体５の内部に導入された状態でケーブル群３を固定するために、開口部４２は樹脂４４によりモールドされている。
【００２３】
図２は、本発明が適用された温度調節機能付き鏡２の概略構成を示す平面図である。
温度調節機能付き鏡２は、図２に示すように、測温素子２１と、熱電素子２２と、熱電素子２２に通電するための電極２３，２４と、測温素子２１と熱電素子２２と電極２３，２４を支持する基板２０とを備える。なお以下、電極２３を温調電極２３、電極２４を非温調電極２４とも称す。
【００２４】
これらのうち基板２０は、シリコンを材料として構成されたシリコン基板である。そして基板２０は、その裏面に凹部２０ａが形成されたダイヤフラム構造を有している（図１を参照）。
【００２５】
また測温素子２１は、温度によってその抵抗値が変化する白金抵抗体である。そして測温素子２１は、基板２０の主面上において、凹部２０ａが形成されて基板の厚みが薄くなっているダイヤフラム領域２０ｂに薄膜形成される。
【００２６】
また熱電素子２２は、ペルチェ効果を利用した熱移動により加熱または冷却を行う素子であり、基板２０の主面上において測温素子２１の周囲を取り囲むように薄膜形成される。これにより、熱電素子２２のうち内周部分は、ダイヤフラム領域２０ｂ（図１を参照）上に配置され、内周部分以外の部分は、ダイヤフラム領域２０ｂより基板の厚みが厚くなっている周縁領域２０ｃ（図１を参照）上に配置される。
【００２７】
また温調電極２３は、測温素子２１の周囲を取り囲むように形成された熱電素子２２の内周部に形成されるとともに、非温調電極２４は熱電素子２２の外周部に形成される。
またケーブル群３のうち、熱電素子用ケーブル３１は、配線２５を介して温調電極２３と電気的に接続される。また熱電素子用ケーブル３２は、配線を介することなく直接、非温調電極２４と電気的に接続される。更に測温素子用ケーブル３３，３４は、それぞれ配線２６，２７を介して測温素子２１と電気的に接続される。
【００２８】
そして、例えばＰ型の熱電素子を用いた場合、熱電素子用ケーブル３１側を正極とするとともに熱電素子用ケーブル３２を負極として熱電素子２２に通電すると、温調電極２３から非温調電極２４へ向かう方向に熱が移動し（図２の矢印ＨＡを参照）、測温素子２１を冷却することができる。更に、熱電素子２２を介して非温調電極２４に到達した熱は、熱電素子用ケーブル３２を介して外部に放出される（図２の矢印ＨＢを参照）。
【００２９】
なおケーブル群３のうち、非温調電極２４と接続される熱電素子用ケーブル３２は、ヒートシンクとして機能させるために、その他のケーブル３１，３３，３４よりも径が大きい。また、配線２５による温調電極２３の熱引きを抑制するために、配線２５の幅をできるだけ狭くすることが望ましい。同様に、配線２６，２７による測温素子２１の熱引きを抑制するために、配線２６，２７の幅をできるだけ狭くすることが望ましい。
【００３０】
次に、露点計１の電気的構成について説明する。図３は、露点計１の電気的構成を示すブロック図である。
露点計１は、図３に示すように、発光素子１１と受光素子１２と測温素子２１と熱電素子２２を制御する制御回路５０を備える。
【００３１】
制御回路５０は、制御回路５０全体を制御するＣＰＵ５１と、発光素子１１を発光させるための電流を出力する電流出力回路５２と、受光素子１２が受光した光の強度が電流値により特定される電気信号を受光素子１２から入力する電流入力回路５３と、測温素子２１の抵抗値を検出する抵抗入力回路５４と、測温素子２１を加熱または冷却するための電流を熱電素子２２に出力する電流出力回路５５と、電流入力回路５３に入力した電流の電流値および抵抗入力回路５４が検出した抵抗値をアナログ値からデジタル値に変換してＣＰＵ５１へ出力するＡ／Ｄコンバータ５６と、ＣＰＵ５１が指示した電流値を示すデジタル値をアナログ値に変換して電流出力回路５２，５５へ出力するＤ／Ａコンバータ５７とから構成される。
【００３２】
次に、露点計１の動作について説明する。図４は、露点計１の測定タイミングを示すチャートである。
図４に示すように、露点計１は、測定周期ＳＳを１サイクルとして露点の測定を繰り返し行う。具体的には、図４（ａ）に示すように、制御回路５０が、電流値Ｉ１を初期値として測定周期ＳＳ経過後に電流値Ｉ２となるように徐々に電流値を増加させて、熱電素子２２に対して電流を出力する。なお、図４（ａ）では電流値が徐々に大きくなっており、１サイクル中において測定開始時刻ｔ０から時間が経過するほど測温素子２１から熱電素子２２への単位時間当たり熱移動量（即ち、測温素子２１の冷却速度）が大きくなることを示している。
【００３３】
また制御回路５０は、受光素子１２から電流を入力し、その電流値を検出する。そして図４（ｂ）に示すように、測温素子２１が熱電素子２２により冷却されると、測温素子２１の表面に結露が生じ（点Ｐ１を参照）、反射光Ｌ２の強度を示す電流値が電流値Ｉ４から電流値Ｉ３に低下する。このため、反射光Ｌ２の強度が低下し始めた時（図４では時刻ｔ１）に、結露が生じたと判断することができる。
【００３４】
更に制御回路５０は、抵抗入力回路５４を介して測温素子２１の抵抗値を検出する。そして、図４（ｃ）に示すように、熱電素子２２により測温素子２１が冷却されることによって測温素子２１の抵抗値が徐々に低下する。このため、結露発生時（即ち、時刻ｔ１）における測温素子２１の抵抗値（点Ｐ２を参照）を検出し、この抵抗値を温度に変換することにより露点を測定することができる。このようにして露点を測定する制御回路５０は、本発明の露点演算手段に相当する。
【００３５】
このように構成された温度調節機能付き鏡２では、測温素子２１と熱電素子２２が基板２０の主面上に一体となって形成されている。このため、熱電素子２２と測温素子２１とを別々に製造してこれらを接合することが不要となり、温度調節機能付き鏡２を更に小型化することが可能となる。また、測温素子２１は、薄膜形成によって表面の光反射率を高くすることで、その表面を鏡として用いることができる。
【００３６】
また、ダイヤフラム領域２０ｂの基板の厚みは、周縁領域２０ｃの基板の厚みより薄くなるため、ダイヤフラム領域２０ｂは周縁領域２０ｃよりも熱容量が小さくなる。そして、鏡面となる測温素子２１がダイヤフラム領域２０ｂに配置されている。このため、ダイヤフラム領域２０ｂに測温素子２１を配置しない場合と比較して、鏡面の温度調節を高速かつ高精度に行うことが可能となる。更に、熱電素子２２はダイヤフラム領域２０ｂと周縁領域２０ｃに跨って配置されており、周縁領域２０ｃはダイヤフラム領域２０ｂより熱容量が大きいので、熱電素子２２を介してダイヤフラム領域２０ｂから移動した熱が周縁領域２０ｃに伝達されても、これにより、周縁領域２０ｃの温度が急激に上昇することを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
例えば上記実施形態では、１つの熱電素子２２を用いて測温素子２１の温度を調節するものを示したが、複数の熱電素子を用いるようにしてもよい。
【００３８】
例えば図５（ａ）に示すように、温度調節機能付き鏡１００は、１つの測温素子１０１と、４つの熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４と、測温素子１０１と熱電素子１１１〜１１４を支持する基板１２１とを備える。なお、熱電素子１１１は第１電極１３１と第２電極１４１を備え、同様に、熱電素子１１２，１１３，１１４はそれぞれ第１電極１３２，１３３，１３４と第２電極１４２，１４３，１４４を備える。
【００３９】
そして、第１電極１３１と第２電極１４１との間で熱電素子１１１を介して電流が流れるように第１電極１３１と第２電極１４１を電流源１５１に配線する。同様に、第１電極１３２，１３３，１３４と第２電極１４２，１４３，１４４との間で熱電素子１１２，１１３，１１４を介して電流が流れるように第１電極１３２，１３３，１３４と第２電極１４２，１４３，１４４を電流源１５１に配線する。
【００４０】
更に、測温素子１０１と第１電極１３１とが隣り合うように熱電素子１１１を配置し、第２電極１４１と第１電極１３２が隣り合うように熱電素子１１２を配置し、第２電極１４２と第１電極１３３が隣り合うように熱電素子１１３を配置し、第２電極１４３と第１電極１３４が隣り合うように熱電素子１１４を配置される。
【００４１】
これにより、測温素子１０１を基準とした熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４を介する熱移動方向（図５（ａ）の矢印Ｈ１〜Ｈ５を参照）が同じになるように（矢印Ｈ１〜Ｈ５は、測温素子１０１から熱が出て行く方向を示している）、熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４が直列に連なるように配置されるとともに、熱電素子１１１が測温素子１０１と隣接して配置される。
【００４２】
このように熱電素子を配置することにより、或る熱電素子（例えば熱電素子１１１）が移動させた熱を、その後、熱拡散による移動よりも速く、この熱電素子に隣接された別の熱電素子（例えば熱電素子１１２）により更に移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子２１を加熱または冷却する場合よりも、測温素子２１から熱を移動させる速度を向上させることができる。
【００４３】
或いは、図５（ｂ）に示すように、温度調節機能付き鏡２００は、１つの測温素子１０１と、４つの熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４と、測温素子１０１と熱電素子１１１〜１１４を支持する基板１２２とを備える。そして、熱電素子１１１，１１２，１１３，１１４は、それぞれ異なる位置で、測温素子１０１と第１電極１３１，１３２，１３３，１３４が隣り合うように配置される。
【００４４】
これにより、測温素子１０１に対してそれぞれ異なる位置で、測温素子１０１を基準とした熱電素子を介する熱移動方向（図５（ｂ）の矢印Ｈ１１〜Ｈ１８を参照）が同じになるように（矢印Ｈ１１〜Ｈ１８は、測温素子１０１から熱が出て行く方向を示している）、測温素子１０１に対してそれぞれ隣接して配置される。
【００４５】
このように熱電素子を配置することにより、複数の熱電素子が１つの測温素子１０１から同時に熱を移動させる。このため、１つの熱電素子を用いて、測温素子１０１を加熱または冷却する場合よりも、単位時間当たりに測温素子１０１から熱を移動させる量を多くすることができる。
【００４６】
また上記実施形態では、不透明材料であるシリコンで構成された基板２０を用いた温度調節機能付き鏡２に光を照射し、温度調節機能付き鏡２で反射した光を受光することにより露点を測定する露点計１を示したが、図６（ａ）に示すように、透明材料を用いた基板３０１上に測温素子２１及び熱電素子２２を形成した温度調節機能付き鏡３００を備え、温度調節機能付き鏡３００の裏面側から測温素子２１に向けて光Ｌ３１を照射し、測温素子２１を透過した光Ｌ３２を受光することにより露点を測定するようにしてもよい。
【００４７】
また上記実施形態では、測温素子２１及び熱電素子２２が同一平面上に配置される温度調節機能付き鏡２を備える露点計１を示したが、図６（ｂ）に示すように、基板４０１上に熱電素子４２２を配置し、更に熱電素子４２２の上に測温素子４２１を配置することにより、基板４０１の厚さ方向に熱を移動させる（図６（ｂ）の矢印Ｈ４１を参照）ようにした温度調節機能付き鏡４００を備え、温度調節機能付き鏡４００の表面側から測温素子４２１に向けて光Ｌ４１を照射し、測温素子４２１で反射した光Ｌ４２を受光することにより露点を測定するようにしてもよい。
【００４８】
また上記実施形態では、温度調節機能付き鏡２の上方に発光素子１１と受光素子１２が配置される露点計１を示したが、図７（ａ）に示すように、基板５０１上に発光素子５１１と受光素子５１２と測温素子５２１と熱電素子５２２を一体形成し、発光素子５１１から測温素子５２１に向けて光Ｌ５１を照射し、測温素子５２１で反射した光Ｌ５２を受光素子５１２で受光することにより露点を測定するようにしてもよい。
【００４９】
また上記実施形態では、制御回路５０から電流を出力することにより発光素子１１を発光させるとともに、受光素子１２からの電気信号を制御回路５０に入力することにより反射光の強度を検出して露点を測定する露点計１を示したが、図７（ｂ）に示すように、光ファイバー６１３により外部から導かれた光Ｌ６１を発光部６１１から温度調節機能付き鏡２に向けて照射するとともに、温度調節機能付き鏡２で反射した光Ｌ６２を受光部６１２で受光し、更に、受光部６１２で受光した光Ｌ６２を光ファイバー６１４により外部へ導くことによって、露点を測定するようにしてもよい。
【００５０】
また上記実施形態では、温度調節機能付き鏡２を用いて露点を測定する露点計１を示した。しかし、露点計１で測定された露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する処理を制御回路５０のＣＰＵ５１が行うことによって、湿度センサとして用いるようにしてもよい。この場合に、ＣＰＵ５１は、本発明の湿度演算手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】露点計１の概略構成を示す側面図である。
【図２】温度調節機能付き鏡２の概略構成を示す平面図である。
【図３】露点計１の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】露点計１の測定タイミングを示すチャートである。
【図５】温度調節機能付き鏡１００，２００の概略構成を示す平面図である。
【図６】温度調節機能付き鏡３００，４００の概略構成を示す平面図である。
【図７】別の実施形態の露点計の概略構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…露点計、２，１００，２００，３００，４００…温度調節機能付き鏡、３…ケーブル群、４…発光・受光部、５…筺体、１１，５１１…発光素子、１２，５１２…受光素子、１３〜１５…遮光壁、１６…支持部、２０，１２１，１２２，３０１，４０１，５０１…基板、２０ａ…凹部、２０ｂ…ダイヤフラム領域、２０ｃ…周縁領域、２１，１０１，４２１，５２１…測温素子、２２，１１１〜１１４，４２２，５２２…熱電素子、２３…温調電極、２４…非温調電極、２５〜２７…配線、３１，３２…熱電素子用ケーブル、３３，３４…測温素子用ケーブル、４１，４２…開口部、４３…通気フィルタ、４４…樹脂、５０…制御回路、５１…ＣＰＵ、５２，５５…電流出力回路、５３…電流入力回路、５４…抵抗入力回路、５６…Ａ／Ｄコンバータ、５７…Ｄ／Ａコンバータ、６１１…発光部、６１２…受光部、６１３，６１４…光ファイバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面の温度を調節する機能を有する温度調節機能付き鏡であって、
基板の面上に薄膜形成された熱電素子と、
前記基板の面上または前記熱電素子上に薄膜形成された測温素子とを備え、
前記熱電素子は、前記測温素子を加熱または冷却し、
前記測温素子の表面が前記鏡面として利用される
ことを特徴とする温度調節機能付き鏡。
【請求項２】
複数の前記熱電素子を有し、
複数の前記熱電素子の少なくとも一部は、
直列に連なるように配置されるとともに、前記測温素子と隣接する
ことを特徴とする請求項１に記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項３】
複数の前記熱電素子を有し、
複数の前記熱電素子の少なくとも一部は、
前記測温素子に対してそれぞれ隣接して配置される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項４】
前記測温素子は、前記基板の面上に薄膜形成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項５】
前記基板は、前記測温素子及び前記熱電素子が形成されている前記面とは反対側の面において凹部が形成されたダイヤフラム領域と、このダイヤフラム領域以外の領域である周縁領域とを有し、
前記測温素子は、前記ダイヤフラム領域内に配置され、
前記熱電素子は、前記ダイヤフラム領域と前記周縁領域に跨って配置される
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項６】
前記基板は、不透明材料により構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項７】
発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備える
ことを特徴とする露点計。
【請求項８】
発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、
この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備える
ことを特徴とする湿度センサ。
【請求項９】
前記基板は、透明材料により構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項１０】
発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、
前記発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備える
ことを特徴とする露点計。
【請求項１１】
発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、
前記発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、
この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備える
ことを特徴とする湿度センサ。
【請求項１】
鏡面の温度を調節する機能を有する温度調節機能付き鏡であって、
基板の面上に薄膜形成された熱電素子と、
前記基板の面上または前記熱電素子上に薄膜形成された測温素子とを備え、
前記熱電素子は、前記測温素子を加熱または冷却し、
前記測温素子の表面が前記鏡面として利用される
ことを特徴とする温度調節機能付き鏡。
【請求項２】
複数の前記熱電素子を有し、
複数の前記熱電素子の少なくとも一部は、
直列に連なるように配置されるとともに、前記測温素子と隣接する
ことを特徴とする請求項１に記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項３】
複数の前記熱電素子を有し、
複数の前記熱電素子の少なくとも一部は、
前記測温素子に対してそれぞれ隣接して配置される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項４】
前記測温素子は、前記基板の面上に薄膜形成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項５】
前記基板は、前記測温素子及び前記熱電素子が形成されている前記面とは反対側の面において凹部が形成されたダイヤフラム領域と、このダイヤフラム領域以外の領域である周縁領域とを有し、
前記測温素子は、前記ダイヤフラム領域内に配置され、
前記熱電素子は、前記ダイヤフラム領域と前記周縁領域に跨って配置される
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項６】
前記基板は、不透明材料により構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項７】
発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備える
ことを特徴とする露点計。
【請求項８】
発光素子と、受光素子と、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、前記発光素子が発する光を、請求項６に記載の温度調節機能付き鏡に反射させて、この反射光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、
この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備える
ことを特徴とする湿度センサ。
【請求項９】
前記基板は、透明材料により構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の温度調節機能付き鏡。
【請求項１０】
発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、
前記発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段を備える
ことを特徴とする露点計。
【請求項１１】
発光素子と、受光素子と、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、
前記発光素子が発する光を、請求項９に記載の温度調節機能付き鏡に透過させて、この透過光を前記受光素子が受光するように配置され、
前記発光素子から発光させた状態で、前記熱電素子により前記測温素子を冷却して、前記受光素子により受光された光の強度が低下した時に、前記測温素子により測定された温度を露点として演算する露点演算手段と、
この露点における飽和水蒸気量と、被測定気体の温度における飽和水蒸気量とに基づいて、被測定気体の湿度を演算する湿度演算手段とを備える
ことを特徴とする湿度センサ。
【図３】
【図４】
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図４】
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−５０３７６（Ｐ２００９−５０３７６Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１８５２６（Ｐ２００７−２１８５２６）
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月２４日（２００７．８．２４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]