濃度測定装置及び濃度測定方法
【課題】構成が簡単であり、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定装置を提供する。
【解決手段】濃度測定装置は、固有吸収波長λ１及び非吸収波長λ２の光を含む第１出射光３Ａ１及び第２出射光３Ａ２を試料４に照射する光源３と、試料４を透過した第１出射光３Ｃ１及び第２出射光３Ｃ２がそれぞれ入射する第１光検出器１３及び第２光検出器１５と、試料４と第２光検出器１５との間に設けられた第２光アッテネータ７と、第２光アッテネータ制御部２１とを備える。第１及び第２光検出器１３、１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなり、第２光アッテネータ制御部２１は、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づけるように第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。
【解決手段】濃度測定装置は、固有吸収波長λ１及び非吸収波長λ２の光を含む第１出射光３Ａ１及び第２出射光３Ａ２を試料４に照射する光源３と、試料４を透過した第１出射光３Ｃ１及び第２出射光３Ｃ２がそれぞれ入射する第１光検出器１３及び第２光検出器１５と、試料４と第２光検出器１５との間に設けられた第２光アッテネータ７と、第２光アッテネータ制御部２１とを備える。第１及び第２光検出器１３、１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなり、第２光アッテネータ制御部２１は、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づけるように第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濃度測定装置及び濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１の図８には、受光素子（光検出器）を１つ使用するガス濃度測定装置が記載されている。この装置は、光源と、気体試料を収納するチャンバと、気体試料中の測定対象ガスの固有吸収波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタと、１つの受光素子としての焦電素子と、を備えている。この装置では、光源から出射したパルス光は、チャンバ内の気体試料中を進行してチャンバ外に出射する。チャンバ外に出射したパルス光は、バンドパスフィルタを通過した後に、焦電素子に入射する。パルス光のうち測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光は、気体試料中を進行する際、気体試料中の測定対象ガスの濃度に対応した割合で測定対象ガスに吸収されるため、焦電素子に入射するパルス光の光強度は、測定対象ガスの濃度に対応して変化する。そのため、焦電素子に入射するパルス光の光強度から、気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出することができる。
【０００３】
また、下記特許文献１の図１及び図９には、受光素子（光検出器）を２つ使用するガス濃度測定装置が記載されている。これらの装置は、光源と、気体試料を収納するチャンバと、気体試料中の測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光を選択的に透過させる第１のバンドパスフィルタと、気体試料中の各種ガスによっては実質的に吸収されない波長（非吸収波長）付近の波長を有する光を選択的に透過させる第２のバンドパスフィルタと、２つの受光素子としての第１の焦電素子及び第２の焦電素子を備えている。
【０００４】
これらの装置では、光源から出射したパルス光は、チャンバ内の気体試料中を進行して、チャンバの２つの光出射面（端面）からチャンバ外に出射する。チャンバの一方の光出射面から出射したパルス光は、第１のバンドパスフィルタを通過した後に、第１の焦電素子に入射する。チャンバの他方の光出射面から出射したパルス光は、第２のバンドパスフィルタを通過した後に、第２の焦電素子に入射する。第１の焦電素子に入射するパルス光の光強度は、上述の受光素子（光検出器）を１つ使用するガス濃度測定装置における場合と同様に、測定対象ガスの濃度に対応して変化する。一方、第２の焦電素子に入射するパルス光の光強度は、気体試料中の測定対象ガスの濃度には依存しない。
【０００５】
そして、下記特許文献１の図１に記載のガス濃度測定装置においては、第２の焦電素子の出力値（測定値）が設定した基準値に近づくように光源の出射光の強度をフィードバック制御することにより光源の出射光の強度変動を抑制すると共に、第１の焦電素子の出力値（測定値）を基に測定対象ガスの濃度を算出している。
【０００６】
また、下記特許文献１の図９に記載のガス濃度測定装置においては、第１の焦電素子の出力値と第２の焦電素子の出力値の比、即ち、気体試料を通過した後の光のうち、測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光の強度と非吸収波長付近の波長を有する光の強度の比を割算器によって演算することにより、気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１２８９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の図８に記載されているような光検出器を１つ使用するガス濃度測定装置においては、光源の劣化等により光源の出射光の強度が変動すると、測定対象ガスの濃度に関わらず受光素子に入射する光の強度が変動してしまうため、測定対象ガスの濃度の測定値に誤差が生じてしまう。
【０００９】
それに対して、上記特許文献１の図１及び図９に記載されているような光検出器を２つ使用するガス濃度測定装置においては、光源の出射光の強度の変動に起因する測定対象ガスの測定値の誤差をある程度低減させることができる。具体的には、上記特許文献１の図１に記載されているようなガス濃度測定装置においては、第２の焦電素子の出力値を基に光源の出射光の強度の変動を抑制しているため、光源の出射光の強度の変動に起因する測定値の誤差をある程度低減させることができる。
【００１０】
また、上記特許文献１の図９に記載されているようなガス濃度測定装置においては、測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光の強度と非吸収波長付近の波長を有する光の強度の比を用いて、気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出している。光源の出射光の強度が変動した場合、第１の光検出器に入射する光の強度と、第２の光検出器に入射する光の強度は、略同じ割合で変動するため、上記の比を算出する際に、光源の出射光の強度変動に起因する第１の光検出器の出力変動と第２の光検出器の出力変動とをある程度相殺させることができる。その結果、光源の出射光の強度の変動に起因する測定値の誤差をある程度低減させることができる。
【００１１】
しかしながら、光検出器の感度（光強度と出力との相関関係）は、温度依存性を有する。即ち、光検出器の出力値は、光検出器内の光電変換部の温度が変動してしまうと、入射する光の強度に関わらず、変動してしまう。そのため、上記特許文献１の図１に記載されているようなガス濃度測定装置においては、測定中に第１の焦電素子の光電変換部の温度が変化すると、第１の焦電素子の感度の変化に起因して測定対象ガスの測定値に誤差が生じてしまう上に、第２の焦電素子の感度の変化に起因して光源の強度の変動に起因する測定誤差を適切に低減させることができなくなってしまうため、測定対象ガスの濃度を精度よく測定することが困難である。
【００１２】
また、上記特許文献１の図９に記載されているような光検出器を２つ使用するガス濃度測定装置においては、第１の焦電素子の出力値と第２の焦電素子の出力値の比を基に気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出しているため、第１と第２の光検出器の感度の温度依存性はある程度互いに相殺され、上述のような光検出器の感度の温度依存性に起因する測定誤差は、ある程度抑制されるとも考えられる。
【００１３】
しかしながら、第１の光検出器に入射する光の強度と、第２の光検出器に入射する光の強度は、通常互いに異なっている。具体的には、第１の光検出器に入射する光は、測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有するため、測定対象ガスにある程度吸収されて強度が相対的に低くなっているのに対して、第２の光検出器に入射する光は、非吸収波長付近の波長を有するため、気体試料中の各種ガスに実質的に吸収されず、強度が相対的に高くなっている。そのため、測定中における、第１の光検出器の光電変換部の温度と第２の光検出器の光電変換部の温度は、通常互いに異なっている。このように第１の光検出器の光電変換部の温度と第２の光検出器の光電変換部の温度が互いに異なっていると、第１の光検出器の感度と第２の光検出器の感度は、異なる割合で変動してしまう。そのため、第１の光検出器の出力値と第２の光検出器の出力値の比を基に気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出しても、第１と第２の光検出器の感度の温度依存性を互いに十分に相殺することができないため、測定対象ガスの測定値に誤差が生じてしまう。
【００１４】
上述のような光検出器の感度の温度依存性の問題を解決するために、第１の光検出器と第２の光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておき、第１の光検出器の光電変換部と第２の光検出器の光電変換部の温度をそれぞれ測定する温度測定器をガス濃度測定装置に設けることが考えられる。この温度測定器で測定した第１の光検出器と第２の光検出器の温度と、第１の光検出器と第２の光検出器の感度の温度依存性に基づいて、第１の光検出器と第２の光検出器の出力値を補正することにより、光検出器の温度補償を行うことができる。
【００１５】
しかしながら、このような方法で光検出器の温度補償を行うと、ガス濃度測定装置の構成が複雑になる上に、予め測定した第１の光検出器と第２の光検出器の感度の温度依存性に誤差があると、測定対象ガスの濃度の測定誤差につながるため、精度よく測定対象ガスの濃度を測定することは困難である。
【００１６】
以上のような理由により、従来のガス濃度測定装置では、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を十分に低減させることが困難であった。
【００１７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、構成が簡単であり、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定装置及び簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定方法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】
【００１８】
上述の課題を解決するため、本発明に係る濃度測定装置は、試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、第１波長の光を含む第１出射光を試料に照射する第１光源と、第２波長の光を含む第２出射光を照射する第２光源と、試料を透過した第１出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第１光検出器と、第２出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第２光検出器と、試料を透過した第２出射光が入射するように試料と第２光検出器との間に設けられ、光透過率が可変である第２光アッテネータと、第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御部と、測定対象物質の濃度を算出する算出部と、を備え、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高く、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、第２光アッテネータ制御部は、第１光検出器の出力値及び第２光検出器の出力値に基づいて、第２光検出器に入射する第２出射光の強度を、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づけるように第２光アッテネータの光透過率を制御し、算出部は、第２光アッテネータの光透過率に基づいて測定対象物質の濃度を算出する。
【００１９】
本発明に係る濃度測定装置においては、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータの光透過率は、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合における第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値に比例する。そして、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器に入射する第１出射光の強度、及び、第２光検出器に入射する第２出射光の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータの光透過率は、試料中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータの光透過率から、試料中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため、第１光検出器の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部の温度依存性と、第２光検出器の感度の光電変換部の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本発明に係る濃度測定装置においては、第２光アッテネータによって、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づくように制御されているため、測定中における第１光検出器の光電変換部の温度と第２光検出器の光電変換部の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器の感度の変化の割合と第２光検出器の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度変化に起因する第１光検出器の出力値の誤差の割合と第２光検出器の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００２１】
そのため、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値（即ち、第１出射光の強度と第２出射光の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度が変化しても、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本発明に係る濃度測定装置によれば、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部の温度をそれぞれ測定する温度測定器を設けずに光検出器の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器と第２光検出器の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本発明に係る濃度測定装置は、構成が簡単であり、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００２２】
さらに、第１波長は、測定対象物質の固有吸収波長であり、第２波長は、試料に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長であることが好ましい。これにより、第１光検出器に入射する第１出射光の強度は、測定対象物質の濃度に対応してより大きく変化し、第２光検出器に入射する第２出射光の強度は、測定対象物質の濃度にほぼ依存しなくなる。その結果、測定対象物質の濃度変化に対する第２光アッテネータの光透過率の変化率がより大きくなるため、測定対象物質の濃度の測定をより高精度に行うことができる。
【００２３】
さらに、算出部は、試料全体に対する測定対象物質の比率として、測定対象物質の濃度を算出することが好ましい。これにより、試料全体に対する測定対象物質の比率としての測定対象物質の濃度を測定することができる。
【００２４】
また、試料は、参照用物質をさらに含み、第２出射光は、第２光検出器に入射する前に試料を透過し、第２波長の光の参照用物質による光吸収率は、第１波長の光の参照用物質による光吸収率よりも高く、算出部は、測定対象物質及び参照用物質の合計に対する測定対象物質の比率として、測定対象物質の濃度を算出することが好ましい。
【００２５】
これにより、測定対象物質による第１波長の光の吸収率と参照用物質による第１波長の光の吸収率の比、及び、測定対象物質による第２波長の光の吸収率と参照用物質による第２波長の光の吸収率の比から、測定対象物質及び参照用物質の合計に対する測定対象物質の比率としての測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００２６】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一であることが好ましい。これにより、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度変化に起因する第１光検出器の出力値の誤差の割合と第２光検出器の出力値の誤差の割合は、さらに近い値となる。その結果、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を、さらに低減させることが可能となる。
【００２７】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光源と第２光源は、一つの光源であることが好ましい。これにより、光源の発光強度が変化した場合、第１出射光の強度と第２出射光の強度は、同じ割合で変化する。そのため、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値（即ち、第１出射光の強度と第２出射光の強度の比）においては、これらの強度変化は互いに相殺されるため、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、光源の発光強度の変化に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００２８】
さらに、本発明に係る濃度測定装置は、試料を透過した第１出射光が入射するように試料と第１光検出器との間に設けられ、上記第１波長を通過帯域に含み、上記第２波長を通過帯域に含まない第１バンドパスフィルタと、試料を透過した第２出射光が入射するように試料と第２光検出器との間に設けられ、上記第２波長を通過帯域に含み、上記第１波長を通過帯域に含まない第２バンドパスフィルタと、をさらに備えることが好ましい。
【００２９】
これにより、第１光検出器には、上記固有吸収波長付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記非吸収波長付近の波長を有する光が第１バンドパスフィルタによって遮断され、第２光検出器には、上記非吸収波長付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記固有吸収波長付近の波長を有する光が第２バンドパスフィルタによって遮断される。そのため、非吸収波長付近の波長を有する光が第１光検出器の出力値に与える影響を低減させることができ、固有吸収波長付近の波長を有する光が第２光検出器の出力値に与える影響を低減させることができる。その結果、測定対象ガスの濃度をさらに精度よく測定することが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、試料は気体状であり、測定対象物質は気体であることが好ましい。これにより、本発明に係る濃度測定装置によって、気体状の試料における特定種類の気体の濃度を測定することが可能となる。
【００３１】
さらに、本発明に係る濃度測定装置は、試料を透過した第１出射光が入射するように試料と第１光検出器の間に設けられ、光透過率が可変である第１光アッテネータと、第１光アッテネータの光透過率を制御する第１光アッテネータ制御部と、をさらに備えることが好ましい。これにより、光源の発光強度が変化した場合に、その変化の影響を第１光アッテネータで低減させることができる。
【００３２】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第２光アッテネータは、液晶光シャッターであることが好ましい。これにより、光学系を簡素化できる上に機械的な可動部が減少するため、廉価であり、かつ、メンテナンス頻度の低い濃度測定装置となる。
【００３３】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光検出器及び第２光検出器は、それぞれ熱型の光検出器であることが好ましい。これにより、第１光検出器と第２光検出器は、波長依存性が低くなるため、上記固有吸収波長と上記非吸収波長の差を大きく設定することができる。そのため、非吸収波長付近の波長を有する光が第１光検出器の出力値に与える影響をさらに低減させることができ、固有吸収波長付近の波長を有する光が第２光検出器の出力値に与える影響をさらに低減させることができる。その結果、測定対象物質の濃度をさらに精度よく測定することが可能となる。
【００３４】
また、上述の課題を解決するため、本発明に係る濃度測定方法は、試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定方法であって、第１波長の光を含む第１出射光を試料に照射する工程と、試料を透過した第１出射光を、光の強度信号を出力する第１光検出器に入射させる工程と、第２波長の光を含む第２出射光を、光透過率が可変である第２光アッテネータを通過するように照射し、第２光アッテネータを通過後の第２光出射光を、光の強度信号を出力する第２光検出器に入射させる工程と、第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御工程と、測定対象物質の濃度を算出する算出工程と、を備え、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高く、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、第２光アッテネータ制御工程においては、第１光検出器の出力値及び第２光検出器の出力値に基づいて、第２光検出器に入射する第２出射光の強度を、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づけるように第２光アッテネータの光透過率を制御し、算出工程においては、第２光アッテネータの光透過率に基づいて測定対象物質の濃度を算出する。
【００３５】
本発明に係る濃度測定方法においては、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータの光透過率は、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合における第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値に比例する。そして、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器に入射する第１出射光の強度、及び、第２光検出器に入射する第２出射光の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータの光透過率は、試料中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータの光透過率から、試料中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００３６】
さらに、本発明に係る濃度測定方法においては、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため、第１光検出器の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部の温度依存性と、第２光検出器の感度の光電変換部の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本発明に係る濃度測定方法においては、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づくように第２光アッテネータの光透過率が制御されているため、測定中における第１光検出器の光電変換部の温度と第２光検出器の光電変換部の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器の感度の変化の割合と第２光検出器の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度変化に起因する第１光検出器の出力値の誤差の割合と第２光検出器の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００３７】
そのため、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値（即ち、第１出射光の強度と第２出射光の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度が変化しても、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本発明に係る濃度測定方法によれば、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部の温度をそれぞれ測定する温度測定器を使用することなく光検出器の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器と第２光検出器の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本発明に係る濃度測定方法によれば、簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、構成が簡単であり、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定装置及び簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、第１実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。
【図２】図２は、光源から出射直後の第１出射光及び第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、第１バンドパスフィルタを通過後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図であり、図３（Ｂ）は、第２バンドパスフィルタを通過後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。
【図４】図４は、第１光検出器及び第２光検出器の構成を示す模式的な断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。
【図６】図６は、第３実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。
【図７】図７（Ａ）は、光源３１から出射直後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図であり、図７（Ｂ）は、光源３３から出射直後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。
【図８】図８は、第４実施形態のパルスオキシメーターの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、実施の形態に係る濃度測定装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００４１】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、ガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法について説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。図１に示すように本実施形態のガス濃度測定装置１は、光源３と、気体状の試料４を収納する試料収納器５と、第２光アッテネータ７と、第１バンドパスフィルタ９と、第２バンドパスフィルタ１１と、第１光検出器１３と、第２光検出器１５と、第２光アッテネータ制御部２１と、算出部２３と、を備えている。
【００４３】
光源３は、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を試料収納器５に向かって照射する。本実施形態では、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、同一の光源３から出射する同様の波長分布及び強度分布を有する光である。即ち、本実施形態では、光源３は、第１光源と第２光源を兼ねている。光源３としては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、タングステンランプ、白色ランプ、蛍光灯、水銀灯、太陽光、ＬＥＤ、ヒーター、レーザー等を用いることができる。
【００４４】
図２は、光源から出射直後の第１出射光及び第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。図２に示すように、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、共に試料４に含まれる測定対象物質の固有吸収波長λ１と、試料４中に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長λ２の光を含んでいる。即ち、本実施形態においては、第１波長は固有吸収波長λ１であり、第２波長は非吸収波長λ２となる。光源３は、時間的に一定の強度の第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を出射してもよいし、所定周期ごとに出射されるパルス光として第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を出射してもよい。
【００４５】
また、本実施形態における場合のように光源３が第１光源と第２光源を兼ねている場合、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度は、図２に示すように同程度、例えば、強度差が５％以内であることが好ましい。何故なら、第２光アッテネータ７によって第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を大きく調節しなくても、第１出射光３Ｅ１による第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３Ｅ２による第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となるためである。その結果、測定対象物質の濃度の測定精度が向上する。
【００４６】
なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度が大きく異なる場合（例えば、強度差が５％以上である場合）、濃度測定を行う前に、測定対象物質が無い場合の第１光検出器１３と第２光検出器１５の出力値が略同一値となるように、第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態を設定することが好ましい。これにより、測定精度を向上させることができる。なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおける固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度の差の大きさに関わらず、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を行うことができる。また、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、非吸収波長λ２の光の強度は、固有吸収波長λ１の光の強度より大きい、又は固有吸収波長λ１と同等であることが好ましい。何故なら、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を容易に行うことができるためである。
【００４７】
図１に示すように、試料収納器５は、その内部に試料４を収納する箱型の部材である。試料収納器５は、試料収納器５の一端面に設けられた１つの光入射部５Ａと、試料収納器５の他端面に設けられた２つの光出射部５Ｂ、５Ｃを有する。光入射部５Ａは、第１出射光３Ａ１や第２出射光３Ａ２を透過させる機能を有したものが好ましいが、開口部であってもよい。
【００４８】
試料４は、例えば、気体状の大気とすることができる。測定対象物質は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、炭化水素（ＨＣ）ガス等とすることができる。固有吸収波長λ１（図２参照）は、測定対象物質が二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの場合、一酸化炭素（ＣＯ）ガスの場合、及び、炭化水素（ＨＣ）ガスの場合、それぞれ順に、４．３μｍ、４．７μｍ、及び、３．４μｍとすることができる。非吸収波長λ２（図２参照）は、測定対象物質を含めた試料４内の各物質の各固有吸収波長と異なる波長であり、測定対象物質が二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの場合、一酸化炭素（ＣＯ）ガスの場合、及び、炭化水素（ＨＣ）ガスの場合、それぞれ例えば３．９μｍと設定することができる。
【００４９】
ここで、本実施形態における場合のように光源３が第１光源と第２光源を兼ねている場合、固有吸収波長λ１と非吸収波長λ２は互いに近く（例えば、固有吸収波長λ１と非吸収波長λ２の波長の差が１μｍ以下）、かつ、第１光検出器１３に入射する直前の第１出射光３Ｅ１の波長と第２光検出器１５に入射する直前の第２出射光３Ｅ２の波長とが互いに重ならないことが好ましい。一般的に光源から出射される光は、波長により光強度が異なっているが、固有吸収波長λ１と非吸収波長λ２の波長差が小さければ第１出射光３Ｅ１と第２出射光３Ｅ２における固有吸収波長λ１の光と非吸収波長λ２の光の強度は同程度になる。その上で、第１出射光３Ｅ１の波長と第２出射光３Ｅ２の波長とが互いに重ならなければ、第１出射光３Ｅ１による第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３Ｅ２による第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となる。なお、第１出射光３Ｅ１の波長と第２出射光３Ｅ２の波長が互いに重ならないとは、第１出射光３Ｅ１の強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲と、第２出射光３Ｅ２の強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲とが、互いに重ならないことを意味する。
【００５０】
光源３から出射した第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、光入射部５Ａを透過して試料４に到達する。即ち、光源３は、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を試料４に照射する。試料４に到達した第１出射光３Ａ１及び第２出射光３Ａ２は、それぞれ第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２として、それぞれ光入射部５Ａから光出射部５Ｂまで、及び、光入射部５Ａから光出射部５Ｃまで進行する。第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２が試料収納器５内を進行する際、第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２のうち固有吸収波長付近の波長を有する光が吸収される。この際に吸収される光の量は、第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２が試料収納器５内を進行する距離（光路長）及び試料４内の測定対象物質の濃度に比例する。
【００５１】
光出射部５Ｂ及び光出射部５Ｃは、それぞれ光入射部５Ａと同様に、第１出射光３Ｂ１や第２出射光３Ｂ２を透過させる機能を有したものが好ましいが、開口部であってもよい。
【００５２】
光出射部５Ｂに到達した第１出射光３Ｂ１は、光出射部５Ｂを透過し、第１出射光３Ｃ１として、光出射部５Ｂから第１バンドパスフィルタ９まで進行する。また、光出射部５Ｃに到達した第２出射光３Ｂ２は、光出射部５Ｃを透過し、第２出射光３Ｃ２として、光出射部５Ｃから第２光アッテネータ７まで進行する。
【００５３】
第１バンドパスフィルタ９は、固有吸収波長λ１をその通過帯域に含み、非吸収波長λ２をその通過帯域に含まない光バンドパスフィルタである。第１バンドパスフィルタ９に到達した第１出射光３Ｃ１の一部は、第１バンドパスフィルタ９を通過して、第１出射光３Ｅ１として、第１バンドパスフィルタ９から第１光検出器１３まで進行する。
【００５４】
図３（Ａ）は、第１バンドパスフィルタを通過後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図である。図３（Ａ）に示すように、第１バンドパスフィルタ９を通過後の第１出射光３Ｅ１は、固有吸収波長λ１付近の波長の成分のみを有する。即ち、第１出射光３Ｃ１のうち、固有吸収波長λ１付近の波長の光は第１バンドパスフィルタ９を通過し、それ以外の波長の光は第１バンドパスフィルタ９によって遮断される。
【００５５】
また、図１に示すように、第２光アッテネータ７は、第２出射光３Ｃ２の一部を遮断する機能を有する。第２光アッテネータ７は、その光透過率が可変である。第２光アッテネータ７の光透過率は、詳細は後述するように、第２光アッテネータ制御部２１によって、所定の条件に近づけるように制御される。第２出射光３Ｃ２のうちの一部は、第２光アッテネータ７と通過し、第２出射光３Ｄ２として第２光アッテネータ７から第２バンドパスフィルタ１１まで進行する。
【００５６】
第２光アッテネータ７としては、例えば、光減衰機能を有する光減衰素子を用いた光アッテネータや、光シャッターを用いることができる。光減衰機能を有する光減衰素子としては、例えば、ＮＤ(Neutral Density)フィルター等の光減衰フィルター、ファラデー回転子、及び、光ファイバを挙げることができる。光減衰素子として光減衰フィルターを用いる場合、この光減衰フィルターの光軸に対する位置を移動させて光透過率を変更することができる。光減衰素子としてファラデー回転子を用いる場合、ファラデー回転子の回転角を変更することにより、光透過率を変更することができる。光減衰素子として光ファイバを用いる場合、光ファイバの曲げ損失は曲率半径に依存するため、曲率半径を変更することにより光透過率を変更することができる。
【００５７】
また、光シャッターにおいては、その光透過率を所定の２つの値（例えば、１００％と０％）間で変更することができる。そして、光シャッターの光透過率を例えばパルス幅変調制御（Pulse Width Modulation制御, PMW制御）によって周期的に変化させることにより、時間的に平均した場合の光透過率を所定の値にすることができる。この場合、ＰＭＷ制御の際のパルス間隔等を変更することにより、光透過率を変更することができる。
【００５８】
光シャッターとしては、例えば、メカニカルシャッターや、液晶光シャッターを挙げることができる。液晶光シャッターは、電圧の印加によって配向態様を変化させることのできる液晶を有し、その液晶の配向態様に応じて光透過率が変化する。
【００５９】
第２光アッテネータ７としては、液晶光シャッターを用いるのが好ましい。何故なら、光学系を簡素化できる上に機械的な可動部が減少するため、廉価、かつ、メンテナンス頻度を低くすることができるからである。
【００６０】
第２バンドパスフィルタ１１は、非吸収波長λ２をその通過帯域に含み、固有吸収波長λ１をその通過帯域に含まない光バンドパスフィルタである。第２バンドパスフィルタ１１に到達した第２出射光３Ｄ２の一部は、第２バンドパスフィルタ１１を通過して、第２出射光３Ｅ２として、第２バンドパスフィルタ１１から第２光検出器１５まで進行する。
【００６１】
図３（Ｂ）は、第２バンドパスフィルタを通過後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、第２バンドパスフィルタ１１を通過後の第２出射光３Ｅ２は、非吸収波長λ２付近の波長の成分のみを有する。即ち、第２出射光３Ｄ２のうち、非吸収波長λ２付近の波長の光は第２バンドパスフィルタ１１を通過し、それ以外の波長の光は第２バンドパスフィルタ１１によって遮断される。
【００６２】
第１光検出器１３は、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度信号を出力し、第２光検出器１５は、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度信号を出力する。本実施形態においては、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、同一の光検出器である。図４は、第１光検出器及び第２光検出器の構成を示す模式的な断面図である。図４に示すように、第１光検出器１３（第２光検出器１５）は、壁部に開口部４１Ａが形成されたケース体４１と、開口部４１Ａに設けられた窓部４３と、窓部４３と対向するようにケース体４１内に設けられた光電変換部４５と、を有している。
【００６３】
窓部４３は、光透過率の高い材料で形成されており、測定対象の外部の光は、窓部４３と通してケース体４１内に入り、光電変換部４５に入射する。光電変換部４５は、光の受光量に応じた電圧信号を一対の出力配線１３Ａ、１３Ｂ（１５Ａ、１５Ｂ）間に出力する。
【００６４】
第１光検出器１３及び第２光検出器１５としては、例えば、サーモパイル、サーミスタ、ボロメータ、及び、焦電素子等の熱型光検出素子や、フォトダイオード、光導電セル、光電管等の量子型光検出素子を用いることができる。
【００６５】
サーモパイルの光電変換部４５の光電変換原理は、熱起電力効果に基づき、サーミスタ及びボロメータの光電変換部４５の光電変換原理は、熱電対効果に基づき、焦電素子の光電変換部４５の光電変換原理は、焦電効果に基づく。また、フォトダイオードの光電変換部４５の光電変換原理は、光起電力効果に基づき、光導電セルの光電変換部４５の光電変換原理は、光導電効果に基づき、光電管の光電変換部４５の光電変換原理は、光電子放出効果に基づく。本実施形態では、第１光検出器１３と第２光検出器１５は同一の光検出器であるため、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、さらに、形状も同一である。
【００６６】
また、サーモパイルの光電変換部４５は熱電対であり、サーミスタ及びボロメータの光電変換部４５は、温度変化によって電気抵抗率が変化する抵抗体であり、焦電素子の光電変換部４５は焦電効果を有する材料からなる焦電体部である。また、フォトダイオードの光電変換部４５はｐｎ接合又はｐｉｎ接合を有する半導体部であり、光導電セルの光電変換部４５は光導電効果を有する半導体部であり、光電管の光電変換部４５は光電面を構成する光電効果を有する金属部である。
【００６７】
また、第１光検出器１３及び第２光検出器１５は、それぞれ熱型の光検出器であることが好ましい。これにより、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、波長依存性が低くなるため、上記固有吸収波長λ１と上記非吸収波長λ２の差を大きく設定することができる（図２参照）。そのため、非吸収波長λ２付近の波長を有する光が第１光検出器１３の出力値に与える影響を低減させることができ、固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が第２光検出器１５の出力値に与える影響をさらに低減させることができる。その結果、測定対象物質の濃度をさらに精度よく測定することが可能となる。
【００６８】
また、図１に示すように、出力配線１３Ａと出力配線１５Ａは、第２光アッテネータ制御部２１に接続され、出力配線１３Ｂと出力配線１５Ｂは、接地されている。これにより、第１光検出器１３は第１出射光３Ｅ１の大きさに応じた電圧信号を第２光アッテネータ制御部２１に出力し、第２光検出器１５は、第２出射光３Ｅ２の大きさに応じた電圧信号を第２光アッテネータ制御部２１に出力する。
【００６９】
第２光アッテネータ制御部２１は、第１光検出器１３の出力値及び第２光検出器１５の出力値に基づいて、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づけるように第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。例えば、第１光検出器１３の出力値よりも第２光検出器１５の出力値の方が大きい場合、第２光アッテネータ制御部２１によって第２光アッテネータ７の光透過率を低下させ、第１光検出器１３の出力値よりも第２光検出器１５の出力値の方が小さい場合、第２光アッテネータ制御部２１によって第２光アッテネータ７の光透過率を増加させる。光源３が所定周期ごとにパルス光を出射する場合、その周期に同期するように第２光アッテネータ制御部２１によって第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。このように、本実施形態においては、第２光アッテネータ制御部２１は、第１光検出器１３の出力値及び第２光検出器１５の出力値に基づいて、第２光アッテネータ７の光透過率を帰還的に制御する。なお、光源３が所定周期ごとにパルス光を出射する場合、パルス光の発光周期より第２光アッテネータ７の駆動周期を短くすることが好ましい。何故なら、単位発光パルスに対し、第２光アッテネータ７の光透過率を細かく制御できるので、第２光アッテネータ７の透過率を精度よく制御できるからである。
【００７０】
第２光アッテネータ制御部２１は、本実施形態においては、第１光検出器１３及び第２光検出器１５と接続された出力値比較手段１７と、出力値比較手段１７及び第２光アッテネータ７に接続されたサーボ制御部１９と、を有している。出力値比較手段１７は、出力配線１３Ａと出力配線１５Ａに接続されており、第１光検出器１３の出力値と第２光検出器１５の出力値の差に対応した電圧信号をサーボ制御部１９に出力する。サーボ制御部１９は、出力値比較手段１７からの電圧信号に応じて第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。具体的には、サーボ制御部１９は、第１光検出器１３の出力値と第２光検出器１５の出力値の差を０に近づけるように第２光アッテネータ７の光透過率を制御することにより、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づける。
【００７１】
出力値比較手段１７としては、例えば図１に示すように、作動オペアンプを用いることが好ましい。また、出力値比較手段１７として、引き算器や割算器を用いることもできる。
【００７２】
算出部２３は、本実施形態ではサーボ制御部１９に接続されている。算出部２３は、第２光アッテネータ７の光透過率に基づいて、試料４全体に対する測定対象物質の比率としての測定対象物質の濃度を算出する。
【００７３】
上述のような本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータ７の光透過率は、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合における第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値に比例する。そして、固有吸収波長λ１の光の測定対象物質による光吸収率は、非吸収波長λ２の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度、及び、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータ７の光透過率は、試料４中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータ７の光透過率から、試料４中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００７４】
例えば、本実施形態においては、ある基準時における第２光アッテネータ７光透過率と、基準時以降におけるサーボ制御部１９による第２光アッテネータ７の光透過率の制御量の積算値から、算出部２３によって第２光アッテネータ７の光透過率を算出することができる。そして、算出した第２光アッテネータ７の光透過率を基に、算出部２３によって、試料４中における測定対象物質の濃度を算出することができる。また、算出部２３は、サーボ制御部１９による上記制御量の積算値を用いずに、測定対象物質の濃度を算出する時点における第２光アッテネータ７の光透過率から試料４中における測定対象物質の濃度を算出してもよい。
【００７５】
さらに、上述のような本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため（図４参照）、第１光検出器１３の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部４５の温度依存性と、第２光検出器１５の感度の光電変換部４５の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第２光アッテネータ７によって、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づくように制御されているため、測定中における第１光検出器１３の光電変換部４５の温度と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器１３の感度の変化の割合と第２光検出器１５の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差の割合と第２光検出器１５の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００７６】
そのため、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値（即ち、第１出射光３Ｅ１の強度と第２出射光３Ｅ２の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度が変化しても、第２光アッテネータ７の光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本実施形態に係るガス濃度測定装置１によれば、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度をそれぞれ測定する温度測定器を設けずに第１光検出器１３及び第２光検出器１５の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器１３と第２光検出器１５の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本実施形態に係るガス濃度測定装置１は、構成が簡単であり、第１光検出器１３及び第２光検出器１５の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００７７】
また、本実施形態に係るガス濃度測定装置１は、上述のように測定誤差を低減させることが可能であるため、第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２が試料収納器５内を進行する距離（光路長）が短くても、測定対象物質の濃度を測定することができる。そのため、本実施形態に係るガス濃度測定装置１によれば、装置全体の大きさを小型化することが可能である。
【００７８】
さらに、上述のような本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第１波長は、測定対象物質の固有吸収波長λ１であり、第２波長は、非吸収波長λ２である。これにより、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度は、測定対象物質の濃度に対応してより大きく変化し、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度は、測定対象物質の濃度にほぼ依存しなくなる。その結果、測定対象物質の濃度変化に対する第２光アッテネータ７の光透過率の変化率がより大きくなるため、測定対象物質の濃度の測定をより高精度に行うことができる。
【００７９】
さらに、本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、上述のように第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一である（図２参照）。これにより、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差の割合と第２光検出器１５の出力値の誤差の割合は、さらに近い値となる。その結果、第１光検出器１３及び第２光検出器１５の感度の温度変化に起因する測定誤差を、さらに低減させることが可能である。
【００８０】
さらに、本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、上述のように光源３は、第１光源と第２光源を兼ねている（図１参照）。これにより、光源３の発光強度が変化した場合、第１出射光３Ａ１の強度と第２出射光３Ａ２の強度は、同じ割合で変化する。そのため、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値（即ち、第１出射光３Ｅ１の強度と第２出射光３Ｅ２の強度の比）においては、これらの強度変化は互いに相殺されるため、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、光源３の発光強度の変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００８１】
さらに、本実施形態に係るガス濃度測定装置１は、上述のように試料４を透過した第１出射光３Ｃ１が入射するように試料４と第１光検出器１３との間に設けられ、測定対象物質の固有吸収波長λ１を通過帯域に含み、上記非吸収波長λ２を通過帯域に含まない第１バンドパスフィルタ９と、試料４を透過した第２出射光３Ｃ２、３Ｄ２が入射するように試料４と第２光検出器１５との間に設けられ、上記非吸収波長λ２を通過帯域に含み、上記固有吸収波長λ１を通過帯域に含まない第２バンドパスフィルタ１１と、をさらに備えている（図１参照）。
【００８２】
これにより、第１光検出器１３には、上記固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記非吸収波長λ２付近の波長を有する光が第１バンドパスフィルタ９によって遮断され、第２光検出器１５には、上記非吸収波長λ２付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が第２バンドパスフィルタ１１によって遮断される。そのため、非吸収波長λ２付近の波長を有する光が第１光検出器１３の出力値に与える影響を低減させることができ、固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が第２光検出器１５の出力値に与える影響を低減させることができる。その結果、測定対象ガスの濃度をさらに精度よく測定することが可能である。
【００８３】
また、本実施形態における場合のように、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度が、図２に示すように同程度、例えば、強度差が５％以内である場合、ガス濃度測定装置１は、第１バンドパスフィルタ９及び第２バンドパスフィルタ１１を備えていることが特に好ましい。何故なら、第１出射光３Ｅ１による第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３Ｅ２による第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となるためである。その結果、測定対象物質の濃度の測定精度が向上する。なお、ガス濃度測定装置１は、第１バンドパスフィルタ９及び第２バンドパスフィルタ１１を備えていなくても、測定対象ガスの濃度の測定は可能である。
【００８４】
また、上述のような本実施形態に係る濃度測定方法においては、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータ７の光透過率は、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合における第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値に比例する。そして、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度、及び、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータ７の光透過率は、試料４中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータ７の光透過率から、試料４中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００８５】
さらに、本実施形態に係る濃度測定方法においては、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため、第１光検出器１３の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部４５の温度依存性と、第２光検出器１５の感度の光電変換部４５の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本実施形態に係る濃度測定方法においては、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づくように第２光アッテネータ７の光透過率が制御されているため、測定中における第１光検出器１３の光電変換部４５の温度と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器１３の感度の変化の割合と第２光検出器１５の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差の割合と第２光検出器１５の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００８６】
そのため、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値（即ち、第１出射光３Ｅ１の強度と第２出射光３Ｅ２の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度が変化しても、第２光アッテネータ７の光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本実施形態に係る濃度測定方法によれば、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度をそれぞれ測定する温度測定器を使用することなく光検出器の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器１３と第２光検出器１５の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本実施形態に係る濃度測定方法によれば、簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００８７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、第１実施形態とは異なる態様のガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法について説明する。
【００８８】
図５は、本実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。図５に示すように、本実施形態のガス濃度測定装置１ａは、第１光アッテネータ２７と、第１光アッテネータ制御部２９と、をさらに備える点において、上述の第１実施形態のガス濃度測定装置１と相違する。
【００８９】
第１光アッテネータ２７は、試料４を透過した第１出射光３Ｃ１が入射するように試料４と第１バンドパスフィルタ９の間に設けられている。第１光アッテネータ２７は、試料４を透過した第１出射光３Ｃ１の一部を遮断する機能を有する。試料４を透過した第１出射光３Ｃ１は、第１光アッテネータ２７で一部が遮断された後、第１出射光３Ｄ１として、第１光アッテネータ２７から第１バンドパスフィルタ９まで進行する。
【００９０】
第１光アッテネータ２７は第１光アッテネータ制御部２９に接続されている。第１光アッテネータ２７の光透過率は可変であり、その光透過率は、第１光アッテネータ制御部２９によって制御される。第１光アッテネータ２７は、第２光アッテネータ７と同様の光アッテネータとすることができる。また、算出部２３は、第１光アッテネータ制御部２９と接続されている。算出部２３は、第１光アッテネータ２７の光透過率も考慮して試料４中の測定対象物質の濃度を算出する。
【００９１】
本実施形態のガス濃度測定装置１ａによれば、光源３の発光強度が変化した場合に、その変化の影響を第１光アッテネータ２７で低減させることができる。具体的には、例えば、第２光アッテネータ７の光透過率を１００％にした場合の第２出射光３Ｅ２の強度を第２光検出器１５によって定期的に測定すること等により、光源３の発光強度の経時変化等による強度変動を測定する。そして、光源３の発光強度が低下した場合、第１光アッテネータ２７の光透過率を増加させて、第１出射光３Ｄ１の強度変動を抑制することができる。
【００９２】
なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度が大きく異なる場合（例えば、強度差が５％以上である場合）、濃度測定を行う前に、測定対象物質が無い場合の第１光検出器１３と第２光検出器１５の出力値が略同一値となるように、第２光アッテネータ７及び／又は第１光アッテネータ２７の光透過率の初期状態を設定することが好ましい。これにより、測定精度を向上させることができる。なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおける固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度の差の大きさに関わらず、上述のような第２光アッテネータ７及び／又は第１光アッテネータ２７の光透過率の初期状態の設定を行うことができる。
【００９３】
なお、第１光アッテネータ２７は、第１バンドパスフィルタ９と第１光検出器１３の間に設けられていてもよい。
【００９４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、第１実施形態及び第２実施形態とは異なる態様のガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法について説明する。
【００９５】
図６は、本実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。図６に示すように、本実施形態のガス濃度測定装置１ｂは、光源３１（図１参照）に代えて、２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える点において、上述の第１実施形態のガス濃度測定装置１と相違する。
【００９６】
本実施形態の光源３１は、第１出射光３１Ａを出射する。第１出射光３１Ａは、光入射部５Ａを通過し、第１出射光３１Ｂとして、光入射部５Ａから光出射部５Ｂまで進行する。光出射部５Ｂを通過した第１出射光３１Ｂは、第１出射光３１Ｃとして、光出射部５Ｂから第１バンドパスフィルタ９まで進行する。第１バンドパスフィルタ９を通過した第１出射光３１Ｃは、第１出射光３１Ｅとして、第１バンドパスフィルタ９から第１光検出器１３まで進行する。
【００９７】
本実施形態の光源３３は、第２出射光３３Ａを出射する。第２出射光３３Ａは、光入射部５Ａを通過し、第２出射光３３Ｂとして、光入射部５Ａから光出射部５Ｃまで進行する。光出射部５Ｃを通過した第２出射光３３Ｂは、第２出射光３３Ｃとして、光出射部５Ｂから第２光アッテネータ７まで進行する。第２光アッテネータ７を通過した第２出射光３３Ｃは、第２出射光３３Ｄとして第２光アッテネータ７から第２バンドパスフィルタ１１まで進行する。第２バンドパスフィルタ１１を通過した第２出射光３３Ｄは、第２出射光３３Ｅとして、第２バンドパスフィルタ１１から第２光検出器１５まで進行する。
【００９８】
光源３１及び光源３３としては、例えば、ＬＥＤ、レーザー等を用いることができる。
【００９９】
図７（Ａ）は、光源３１から出射直後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図である。図７（Ａ）に示すように、本実施形態において、第１出射光３１Ａは固有吸収波長λ１付近の波長の成分のみを有し、非吸収波長λ２付近の波長の成分は有していない。
【０１００】
図７（Ｂ）は、光源３３から出射直後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。図７（Ｂ）に示すように、本実施形態において、第２出射光３３Ａは非吸収波長λ２付近の波長の成分のみを有し、固有吸収波長λ１付近の波長の成分は有していない。
【０１０１】
本実施形態のガス濃度測定装置１ｂでは、上述のように第１出射光３１Ａは非吸収波長λ２付近の波長の成分は有しておらず、第２出射光３３Ａは固有吸収波長λ１付近の波長の成分は有していない。即ち、ガス濃度測定装置１ｂは、２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える上に、光源３１は、固有吸収波長λ１付近の波長の成分のみを有する第１出射光３Ａ１を出射し、その一部である第１出射光３Ｅ１を第１光検出器１３に入射させ、光源３３は、非吸収波長λ２付近の波長の成分のみを有する第２出射光３Ａ２を出射し、その一部である第２出射光３Ｅ２を第２光検出器１５に入射させている。そのため、ガス濃度測定装置１ｂは、第１バンドパスフィルタ９及び／又は第２バンドパスフィルタ１１を備えていなくてもよい。なお、この場合、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、それぞれ、概ね同一の半値幅を有することが好ましい。
【０１０２】
また、光源３１は、非吸収波長λ２付近の波長の成分を有していてもよい。その場合、ガス濃度測定装置１ｂは、第１バンドパスフィルタ９を備えることが好ましい。同様に、光源３３は、固有吸収波長λ１付近の波長の成分を有していてもよい。その場合、ガス濃度測定装置１ｂは、第２バンドパスフィルタ１１を備えることが好ましい。
【０１０３】
また、本実施形態における場合のように、ガス濃度測定装置１ｂが２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える場合、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの強度と光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度は、図７に示すように同程度、例えば、強度差が５％以内であることが好ましい。何故なら、第２光アッテネータ７によって第２光検出器１５に入射する第２出射光３３Ｅの強度を大きく調節しなくても、第１出射光３１Ｅによる第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３３Ｅによる第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となるためである。その結果、測定対象物質の濃度の測定精度が向上する。
【０１０４】
なお、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａと光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度が大きく異なる場合（例えば、強度差が５％以上である場合）、濃度測定を行う前に、測定対象物質が無い場合の第１光検出器１３と第２光検出器１５の出力値が略同一値となるように、第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態を設定することが好ましい。これにより、測定精度を向上させることができる。なお、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａと光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度の差の大きさに関わらず、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を行うことができる。また、光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度は、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの強度より大きい、又は光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの強度と同等であることが好ましい。何故なら、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を容易に行うことができるためである。
【０１０５】
ここで、本実施形態における場合のように、ガス濃度測定装置１ｂが２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える場合、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの波長と光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの波長とが互いに重ならないことが好ましい。第１出射光３１Ａの波長と第２出射光３３Ａの波長とが互いに重ならなければ、第１出射光３１Ｅによる第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３３Ｅによる第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となる。なお、第１出射光３１Ａの波長と第２出射光３３Ａの波長が互いに重ならないとは、第１出射光３１Ａの強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲と、第２出射光３３Ａの強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲とが、互いに重ならないことを意味する。
【０１０６】
なお、上述の実施形態１〜３における場合、光源３（又は光源３３）から出射する第２出射光３Ａ２（又は第２出射光３３Ａ）を試料４に照射せずに、第２光アッテネータ７に入射させてもよい。
【０１０７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、パルスオキシメーター及びパルスオキシメーターによる濃度測定方法について説明する。
【０１０８】
図８は、本実施形態のパルスオキシメーターの構成図である。図８に示すように、本実施形態のパルスオキシメーター１ｃは、試料４を収納する試料収納器５を備えていない点において、上述の第１実施形態のガス濃度測定装置１と相違する。
【０１０９】
パルスオキシメーター１ｃは、経皮的に動脈血酸素飽和度を測定する装置である。図８に示すように、パルスオキシメーター１ｃを使用する際は、第１実施形態におけるガス濃度測定装置１ａの試料収納器５の位置に、体組織５１と、体組織５１内に存在し内部に血液５５が流れる血管５３を配置する。体組織５１と血管５３と血液５５とで、試料４ａとなる。
【０１１０】
本実施形態のパルスオキシメーター１ｃにおいては、血液５５中の酸化ヘモグロビンを測定対象物質とし、血液５５中の還元ヘモグロビンを参照用物質とする。そして、第１波長の光の酸化ヘモグロビンによる光吸収率は、第２波長の光の酸化ヘモグロビンによる光吸収率よりも高く、かつ、第２波長の光の還元ヘモグロビンによる光吸収率は、第１波長の光の還元ヘモグロビンによる光吸収率よりも高くなるように、第１波長及び第２波長を決定する。第１波長は、例えば、９４０ｎｍとすることができ、第２波長は、例えば、６６０ｎｍとすることができる。
【０１１１】
本実施形態においては、酸化ヘモグロビンによる第１波長の光の吸収率と還元ヘモグロビンによる第１波長の光の吸収率の比、及び、酸化ヘモグロビンによる第２波長の光の吸収率と還元ヘモグロビンによる第２波長の光の吸収率の比を基に、算出部２３は、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの合計に対する酸化ヘモグロビンの比率としての酸化ヘモグロビンの濃度を算出する。また、このようにして算出した酸化ヘモグロビンの濃度から、動脈血酸素飽和度を算出することができる。
【０１１２】
なお、本実施形態においては、還元ヘモグロビンを測定対象物質とし、酸化ヘモグロビンを参照用物質としてもよい。この場合、算出部２３は、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの合計に対する還元ヘモグロビンの比率としての還元ヘモグロビンの濃度を算出する。
【０１１３】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が可能である。
【０１１４】
例えば、上述の各実施形態においては、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、同一の光検出器であるが（図１、図４、図５、図６、及び図８参照）、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５が、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなれば、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、同一の光検出器でなくてもよい。ただし、その場合であっても、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一であることが好ましい。上述のように、第１光検出器１３の血液５５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差及び第２光検出器１５の出力値の誤差の割合を、さらに近い値とすることができるためである。
【０１１５】
また、上述の第１実施形態、第２実施形態、及び、第３実施形態においては、第１波長を測定対象物質の固有吸収波長λ１、第２波長を試料４に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長非吸収波長λ２としているが（図２参照）、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率が、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高くなるように、第１波長及び第２波長が決定されていればよい。この場合、第１バンドパスフィルタ９として、第１波長を通過帯域に含み、第２波長を通過帯域に含まないような光バンドパスフィルタを用い、第２バンドパスフィルタ１１として、第２波長を通過帯域に含み、第１波長を通過帯域に含まないような光バンドパスフィルタを用いる。
【０１１６】
また、上述の第４実施形態におけるパルスオキシメーター１ｃは、第２実施形態におけるガス濃度測定装置１ａと同様に、第１光アッテネータ２７をさらに備えてもよい（図５参照）。また、上述の第４実施形態におけるパルスオキシメーター１ｃは、第３実施形態におけるガス濃度測定装置１ｂと同様に、光源３１に代えて、２つの光源（光源３１及び光源３３）を備えてもよい（図６参照）。
【０１１７】
また、試料４中に測定対象物質が２種類（例えば、測定対象のガスが２種類）ある場合、上述の各実施形態のガス濃度測定装置は、第１の測定対象物質を上述のように測定すると共に、第２の測定対象物質を第１の測定対象物質と同様に測定するための第３光源、第４光源、第３光検出器、第４光検出器、及び、第３アッテネータ、及び、第３アッテネータ制御部をさらに備えていてもよい。この場合、第３光源は第２の測定対象物質の固有吸収波長（第１の測定対象物質の固有吸収波長λ１とは異なる波長）を含む光を試料４に照射し、第４光源は試料４中の各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長を含む光を試料４に照射する。第１〜第４光源のうちの一部又は全部は、同一の光源であってもよいし、第１〜第４光源は、それぞれ別体の光源であってもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１・・・濃度測定装置（ガス濃度測定装置）、３・・・光源（第１光源、第２光源）、３Ａ１、３Ｂ１、３Ｃ１、３Ｄ１、３Ｅ１・・・第１出射光、３Ａ２、３Ｂ２、３Ｃ２、３Ｄ２、３Ｅ２・・・第２出射光、４・・・試料、５・・・試料収納器、７・・・第２光アッテネータ、９・・・第１バンドパスフィルタ、１１・・・第２バンドパスフィルタ、１３・・・第１光検出器、１５・・・光検出器、２１・・・光アッテネータ制御部、２３・・・算出部、λ１・・・第１波長（固有吸収波長）、λ２・・・第２波長（非吸収波長）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濃度測定装置及び濃度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１の図８には、受光素子（光検出器）を１つ使用するガス濃度測定装置が記載されている。この装置は、光源と、気体試料を収納するチャンバと、気体試料中の測定対象ガスの固有吸収波長の光を選択的に透過させるバンドパスフィルタと、１つの受光素子としての焦電素子と、を備えている。この装置では、光源から出射したパルス光は、チャンバ内の気体試料中を進行してチャンバ外に出射する。チャンバ外に出射したパルス光は、バンドパスフィルタを通過した後に、焦電素子に入射する。パルス光のうち測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光は、気体試料中を進行する際、気体試料中の測定対象ガスの濃度に対応した割合で測定対象ガスに吸収されるため、焦電素子に入射するパルス光の光強度は、測定対象ガスの濃度に対応して変化する。そのため、焦電素子に入射するパルス光の光強度から、気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出することができる。
【０００３】
また、下記特許文献１の図１及び図９には、受光素子（光検出器）を２つ使用するガス濃度測定装置が記載されている。これらの装置は、光源と、気体試料を収納するチャンバと、気体試料中の測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光を選択的に透過させる第１のバンドパスフィルタと、気体試料中の各種ガスによっては実質的に吸収されない波長（非吸収波長）付近の波長を有する光を選択的に透過させる第２のバンドパスフィルタと、２つの受光素子としての第１の焦電素子及び第２の焦電素子を備えている。
【０００４】
これらの装置では、光源から出射したパルス光は、チャンバ内の気体試料中を進行して、チャンバの２つの光出射面（端面）からチャンバ外に出射する。チャンバの一方の光出射面から出射したパルス光は、第１のバンドパスフィルタを通過した後に、第１の焦電素子に入射する。チャンバの他方の光出射面から出射したパルス光は、第２のバンドパスフィルタを通過した後に、第２の焦電素子に入射する。第１の焦電素子に入射するパルス光の光強度は、上述の受光素子（光検出器）を１つ使用するガス濃度測定装置における場合と同様に、測定対象ガスの濃度に対応して変化する。一方、第２の焦電素子に入射するパルス光の光強度は、気体試料中の測定対象ガスの濃度には依存しない。
【０００５】
そして、下記特許文献１の図１に記載のガス濃度測定装置においては、第２の焦電素子の出力値（測定値）が設定した基準値に近づくように光源の出射光の強度をフィードバック制御することにより光源の出射光の強度変動を抑制すると共に、第１の焦電素子の出力値（測定値）を基に測定対象ガスの濃度を算出している。
【０００６】
また、下記特許文献１の図９に記載のガス濃度測定装置においては、第１の焦電素子の出力値と第２の焦電素子の出力値の比、即ち、気体試料を通過した後の光のうち、測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光の強度と非吸収波長付近の波長を有する光の強度の比を割算器によって演算することにより、気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１２８９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１の図８に記載されているような光検出器を１つ使用するガス濃度測定装置においては、光源の劣化等により光源の出射光の強度が変動すると、測定対象ガスの濃度に関わらず受光素子に入射する光の強度が変動してしまうため、測定対象ガスの濃度の測定値に誤差が生じてしまう。
【０００９】
それに対して、上記特許文献１の図１及び図９に記載されているような光検出器を２つ使用するガス濃度測定装置においては、光源の出射光の強度の変動に起因する測定対象ガスの測定値の誤差をある程度低減させることができる。具体的には、上記特許文献１の図１に記載されているようなガス濃度測定装置においては、第２の焦電素子の出力値を基に光源の出射光の強度の変動を抑制しているため、光源の出射光の強度の変動に起因する測定値の誤差をある程度低減させることができる。
【００１０】
また、上記特許文献１の図９に記載されているようなガス濃度測定装置においては、測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有する光の強度と非吸収波長付近の波長を有する光の強度の比を用いて、気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出している。光源の出射光の強度が変動した場合、第１の光検出器に入射する光の強度と、第２の光検出器に入射する光の強度は、略同じ割合で変動するため、上記の比を算出する際に、光源の出射光の強度変動に起因する第１の光検出器の出力変動と第２の光検出器の出力変動とをある程度相殺させることができる。その結果、光源の出射光の強度の変動に起因する測定値の誤差をある程度低減させることができる。
【００１１】
しかしながら、光検出器の感度（光強度と出力との相関関係）は、温度依存性を有する。即ち、光検出器の出力値は、光検出器内の光電変換部の温度が変動してしまうと、入射する光の強度に関わらず、変動してしまう。そのため、上記特許文献１の図１に記載されているようなガス濃度測定装置においては、測定中に第１の焦電素子の光電変換部の温度が変化すると、第１の焦電素子の感度の変化に起因して測定対象ガスの測定値に誤差が生じてしまう上に、第２の焦電素子の感度の変化に起因して光源の強度の変動に起因する測定誤差を適切に低減させることができなくなってしまうため、測定対象ガスの濃度を精度よく測定することが困難である。
【００１２】
また、上記特許文献１の図９に記載されているような光検出器を２つ使用するガス濃度測定装置においては、第１の焦電素子の出力値と第２の焦電素子の出力値の比を基に気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出しているため、第１と第２の光検出器の感度の温度依存性はある程度互いに相殺され、上述のような光検出器の感度の温度依存性に起因する測定誤差は、ある程度抑制されるとも考えられる。
【００１３】
しかしながら、第１の光検出器に入射する光の強度と、第２の光検出器に入射する光の強度は、通常互いに異なっている。具体的には、第１の光検出器に入射する光は、測定対象ガスの固有吸収波長付近の波長を有するため、測定対象ガスにある程度吸収されて強度が相対的に低くなっているのに対して、第２の光検出器に入射する光は、非吸収波長付近の波長を有するため、気体試料中の各種ガスに実質的に吸収されず、強度が相対的に高くなっている。そのため、測定中における、第１の光検出器の光電変換部の温度と第２の光検出器の光電変換部の温度は、通常互いに異なっている。このように第１の光検出器の光電変換部の温度と第２の光検出器の光電変換部の温度が互いに異なっていると、第１の光検出器の感度と第２の光検出器の感度は、異なる割合で変動してしまう。そのため、第１の光検出器の出力値と第２の光検出器の出力値の比を基に気体試料中の測定対象ガスの濃度を算出しても、第１と第２の光検出器の感度の温度依存性を互いに十分に相殺することができないため、測定対象ガスの測定値に誤差が生じてしまう。
【００１４】
上述のような光検出器の感度の温度依存性の問題を解決するために、第１の光検出器と第２の光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておき、第１の光検出器の光電変換部と第２の光検出器の光電変換部の温度をそれぞれ測定する温度測定器をガス濃度測定装置に設けることが考えられる。この温度測定器で測定した第１の光検出器と第２の光検出器の温度と、第１の光検出器と第２の光検出器の感度の温度依存性に基づいて、第１の光検出器と第２の光検出器の出力値を補正することにより、光検出器の温度補償を行うことができる。
【００１５】
しかしながら、このような方法で光検出器の温度補償を行うと、ガス濃度測定装置の構成が複雑になる上に、予め測定した第１の光検出器と第２の光検出器の感度の温度依存性に誤差があると、測定対象ガスの濃度の測定誤差につながるため、精度よく測定対象ガスの濃度を測定することは困難である。
【００１６】
以上のような理由により、従来のガス濃度測定装置では、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を十分に低減させることが困難であった。
【００１７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、構成が簡単であり、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定装置及び簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定方法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】
【００１８】
上述の課題を解決するため、本発明に係る濃度測定装置は、試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、第１波長の光を含む第１出射光を試料に照射する第１光源と、第２波長の光を含む第２出射光を照射する第２光源と、試料を透過した第１出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第１光検出器と、第２出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第２光検出器と、試料を透過した第２出射光が入射するように試料と第２光検出器との間に設けられ、光透過率が可変である第２光アッテネータと、第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御部と、測定対象物質の濃度を算出する算出部と、を備え、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高く、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、第２光アッテネータ制御部は、第１光検出器の出力値及び第２光検出器の出力値に基づいて、第２光検出器に入射する第２出射光の強度を、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づけるように第２光アッテネータの光透過率を制御し、算出部は、第２光アッテネータの光透過率に基づいて測定対象物質の濃度を算出する。
【００１９】
本発明に係る濃度測定装置においては、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータの光透過率は、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合における第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値に比例する。そして、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器に入射する第１出射光の強度、及び、第２光検出器に入射する第２出射光の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータの光透過率は、試料中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータの光透過率から、試料中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００２０】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため、第１光検出器の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部の温度依存性と、第２光検出器の感度の光電変換部の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本発明に係る濃度測定装置においては、第２光アッテネータによって、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づくように制御されているため、測定中における第１光検出器の光電変換部の温度と第２光検出器の光電変換部の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器の感度の変化の割合と第２光検出器の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度変化に起因する第１光検出器の出力値の誤差の割合と第２光検出器の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００２１】
そのため、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値（即ち、第１出射光の強度と第２出射光の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度が変化しても、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本発明に係る濃度測定装置によれば、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部の温度をそれぞれ測定する温度測定器を設けずに光検出器の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器と第２光検出器の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本発明に係る濃度測定装置は、構成が簡単であり、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００２２】
さらに、第１波長は、測定対象物質の固有吸収波長であり、第２波長は、試料に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長であることが好ましい。これにより、第１光検出器に入射する第１出射光の強度は、測定対象物質の濃度に対応してより大きく変化し、第２光検出器に入射する第２出射光の強度は、測定対象物質の濃度にほぼ依存しなくなる。その結果、測定対象物質の濃度変化に対する第２光アッテネータの光透過率の変化率がより大きくなるため、測定対象物質の濃度の測定をより高精度に行うことができる。
【００２３】
さらに、算出部は、試料全体に対する測定対象物質の比率として、測定対象物質の濃度を算出することが好ましい。これにより、試料全体に対する測定対象物質の比率としての測定対象物質の濃度を測定することができる。
【００２４】
また、試料は、参照用物質をさらに含み、第２出射光は、第２光検出器に入射する前に試料を透過し、第２波長の光の参照用物質による光吸収率は、第１波長の光の参照用物質による光吸収率よりも高く、算出部は、測定対象物質及び参照用物質の合計に対する測定対象物質の比率として、測定対象物質の濃度を算出することが好ましい。
【００２５】
これにより、測定対象物質による第１波長の光の吸収率と参照用物質による第１波長の光の吸収率の比、及び、測定対象物質による第２波長の光の吸収率と参照用物質による第２波長の光の吸収率の比から、測定対象物質及び参照用物質の合計に対する測定対象物質の比率としての測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００２６】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一であることが好ましい。これにより、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度変化に起因する第１光検出器の出力値の誤差の割合と第２光検出器の出力値の誤差の割合は、さらに近い値となる。その結果、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を、さらに低減させることが可能となる。
【００２７】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光源と第２光源は、一つの光源であることが好ましい。これにより、光源の発光強度が変化した場合、第１出射光の強度と第２出射光の強度は、同じ割合で変化する。そのため、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値（即ち、第１出射光の強度と第２出射光の強度の比）においては、これらの強度変化は互いに相殺されるため、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、光源の発光強度の変化に起因する測定誤差を低減させることが可能となる。
【００２８】
さらに、本発明に係る濃度測定装置は、試料を透過した第１出射光が入射するように試料と第１光検出器との間に設けられ、上記第１波長を通過帯域に含み、上記第２波長を通過帯域に含まない第１バンドパスフィルタと、試料を透過した第２出射光が入射するように試料と第２光検出器との間に設けられ、上記第２波長を通過帯域に含み、上記第１波長を通過帯域に含まない第２バンドパスフィルタと、をさらに備えることが好ましい。
【００２９】
これにより、第１光検出器には、上記固有吸収波長付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記非吸収波長付近の波長を有する光が第１バンドパスフィルタによって遮断され、第２光検出器には、上記非吸収波長付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記固有吸収波長付近の波長を有する光が第２バンドパスフィルタによって遮断される。そのため、非吸収波長付近の波長を有する光が第１光検出器の出力値に与える影響を低減させることができ、固有吸収波長付近の波長を有する光が第２光検出器の出力値に与える影響を低減させることができる。その結果、測定対象ガスの濃度をさらに精度よく測定することが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、試料は気体状であり、測定対象物質は気体であることが好ましい。これにより、本発明に係る濃度測定装置によって、気体状の試料における特定種類の気体の濃度を測定することが可能となる。
【００３１】
さらに、本発明に係る濃度測定装置は、試料を透過した第１出射光が入射するように試料と第１光検出器の間に設けられ、光透過率が可変である第１光アッテネータと、第１光アッテネータの光透過率を制御する第１光アッテネータ制御部と、をさらに備えることが好ましい。これにより、光源の発光強度が変化した場合に、その変化の影響を第１光アッテネータで低減させることができる。
【００３２】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第２光アッテネータは、液晶光シャッターであることが好ましい。これにより、光学系を簡素化できる上に機械的な可動部が減少するため、廉価であり、かつ、メンテナンス頻度の低い濃度測定装置となる。
【００３３】
さらに、本発明に係る濃度測定装置においては、第１光検出器及び第２光検出器は、それぞれ熱型の光検出器であることが好ましい。これにより、第１光検出器と第２光検出器は、波長依存性が低くなるため、上記固有吸収波長と上記非吸収波長の差を大きく設定することができる。そのため、非吸収波長付近の波長を有する光が第１光検出器の出力値に与える影響をさらに低減させることができ、固有吸収波長付近の波長を有する光が第２光検出器の出力値に与える影響をさらに低減させることができる。その結果、測定対象物質の濃度をさらに精度よく測定することが可能となる。
【００３４】
また、上述の課題を解決するため、本発明に係る濃度測定方法は、試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定方法であって、第１波長の光を含む第１出射光を試料に照射する工程と、試料を透過した第１出射光を、光の強度信号を出力する第１光検出器に入射させる工程と、第２波長の光を含む第２出射光を、光透過率が可変である第２光アッテネータを通過するように照射し、第２光アッテネータを通過後の第２光出射光を、光の強度信号を出力する第２光検出器に入射させる工程と、第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御工程と、測定対象物質の濃度を算出する算出工程と、を備え、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高く、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、第２光アッテネータ制御工程においては、第１光検出器の出力値及び第２光検出器の出力値に基づいて、第２光検出器に入射する第２出射光の強度を、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づけるように第２光アッテネータの光透過率を制御し、算出工程においては、第２光アッテネータの光透過率に基づいて測定対象物質の濃度を算出する。
【００３５】
本発明に係る濃度測定方法においては、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータの光透過率は、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合における第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値に比例する。そして、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータの光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器に入射する第１出射光の強度、及び、第２光検出器に入射する第２出射光の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータの光透過率は、試料中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータの光透過率から、試料中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００３６】
さらに、本発明に係る濃度測定方法においては、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため、第１光検出器の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部の温度依存性と、第２光検出器の感度の光電変換部の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本発明に係る濃度測定方法においては、第２光検出器に入射する第２出射光の強度が、第１光検出器に入射する第１出射光の強度に近づくように第２光アッテネータの光透過率が制御されているため、測定中における第１光検出器の光電変換部の温度と第２光検出器の光電変換部の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器の感度の変化の割合と第２光検出器の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度変化に起因する第１光検出器の出力値の誤差の割合と第２光検出器の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００３７】
そのため、第１光検出器に入射する第１出射光の強度を、第２光検出器に入射する第２出射光の強度で除した値（即ち、第１出射光の強度と第２出射光の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器の光電変換部及び第２光検出器の光電変換部の温度が変化しても、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本発明に係る濃度測定方法によれば、第１光検出器の光電変換部と第２光検出器の光電変換部の温度をそれぞれ測定する温度測定器を使用することなく光検出器の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器と第２光検出器の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本発明に係る濃度測定方法によれば、簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、構成が簡単であり、光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定装置及び簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能な濃度測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、第１実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。
【図２】図２は、光源から出射直後の第１出射光及び第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、第１バンドパスフィルタを通過後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図であり、図３（Ｂ）は、第２バンドパスフィルタを通過後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。
【図４】図４は、第１光検出器及び第２光検出器の構成を示す模式的な断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。
【図６】図６は、第３実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。
【図７】図７（Ａ）は、光源３１から出射直後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図であり、図７（Ｂ）は、光源３３から出射直後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。
【図８】図８は、第４実施形態のパルスオキシメーターの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、実施の形態に係る濃度測定装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００４１】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、ガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法について説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。図１に示すように本実施形態のガス濃度測定装置１は、光源３と、気体状の試料４を収納する試料収納器５と、第２光アッテネータ７と、第１バンドパスフィルタ９と、第２バンドパスフィルタ１１と、第１光検出器１３と、第２光検出器１５と、第２光アッテネータ制御部２１と、算出部２３と、を備えている。
【００４３】
光源３は、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を試料収納器５に向かって照射する。本実施形態では、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、同一の光源３から出射する同様の波長分布及び強度分布を有する光である。即ち、本実施形態では、光源３は、第１光源と第２光源を兼ねている。光源３としては、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、タングステンランプ、白色ランプ、蛍光灯、水銀灯、太陽光、ＬＥＤ、ヒーター、レーザー等を用いることができる。
【００４４】
図２は、光源から出射直後の第１出射光及び第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。図２に示すように、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、共に試料４に含まれる測定対象物質の固有吸収波長λ１と、試料４中に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長λ２の光を含んでいる。即ち、本実施形態においては、第１波長は固有吸収波長λ１であり、第２波長は非吸収波長λ２となる。光源３は、時間的に一定の強度の第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を出射してもよいし、所定周期ごとに出射されるパルス光として第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を出射してもよい。
【００４５】
また、本実施形態における場合のように光源３が第１光源と第２光源を兼ねている場合、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度は、図２に示すように同程度、例えば、強度差が５％以内であることが好ましい。何故なら、第２光アッテネータ７によって第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を大きく調節しなくても、第１出射光３Ｅ１による第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３Ｅ２による第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となるためである。その結果、測定対象物質の濃度の測定精度が向上する。
【００４６】
なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度が大きく異なる場合（例えば、強度差が５％以上である場合）、濃度測定を行う前に、測定対象物質が無い場合の第１光検出器１３と第２光検出器１５の出力値が略同一値となるように、第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態を設定することが好ましい。これにより、測定精度を向上させることができる。なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおける固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度の差の大きさに関わらず、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を行うことができる。また、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、非吸収波長λ２の光の強度は、固有吸収波長λ１の光の強度より大きい、又は固有吸収波長λ１と同等であることが好ましい。何故なら、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を容易に行うことができるためである。
【００４７】
図１に示すように、試料収納器５は、その内部に試料４を収納する箱型の部材である。試料収納器５は、試料収納器５の一端面に設けられた１つの光入射部５Ａと、試料収納器５の他端面に設けられた２つの光出射部５Ｂ、５Ｃを有する。光入射部５Ａは、第１出射光３Ａ１や第２出射光３Ａ２を透過させる機能を有したものが好ましいが、開口部であってもよい。
【００４８】
試料４は、例えば、気体状の大気とすることができる。測定対象物質は、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、炭化水素（ＨＣ）ガス等とすることができる。固有吸収波長λ１（図２参照）は、測定対象物質が二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの場合、一酸化炭素（ＣＯ）ガスの場合、及び、炭化水素（ＨＣ）ガスの場合、それぞれ順に、４．３μｍ、４．７μｍ、及び、３．４μｍとすることができる。非吸収波長λ２（図２参照）は、測定対象物質を含めた試料４内の各物質の各固有吸収波長と異なる波長であり、測定対象物質が二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの場合、一酸化炭素（ＣＯ）ガスの場合、及び、炭化水素（ＨＣ）ガスの場合、それぞれ例えば３．９μｍと設定することができる。
【００４９】
ここで、本実施形態における場合のように光源３が第１光源と第２光源を兼ねている場合、固有吸収波長λ１と非吸収波長λ２は互いに近く（例えば、固有吸収波長λ１と非吸収波長λ２の波長の差が１μｍ以下）、かつ、第１光検出器１３に入射する直前の第１出射光３Ｅ１の波長と第２光検出器１５に入射する直前の第２出射光３Ｅ２の波長とが互いに重ならないことが好ましい。一般的に光源から出射される光は、波長により光強度が異なっているが、固有吸収波長λ１と非吸収波長λ２の波長差が小さければ第１出射光３Ｅ１と第２出射光３Ｅ２における固有吸収波長λ１の光と非吸収波長λ２の光の強度は同程度になる。その上で、第１出射光３Ｅ１の波長と第２出射光３Ｅ２の波長とが互いに重ならなければ、第１出射光３Ｅ１による第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３Ｅ２による第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となる。なお、第１出射光３Ｅ１の波長と第２出射光３Ｅ２の波長が互いに重ならないとは、第１出射光３Ｅ１の強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲と、第２出射光３Ｅ２の強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲とが、互いに重ならないことを意味する。
【００５０】
光源３から出射した第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、光入射部５Ａを透過して試料４に到達する。即ち、光源３は、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２を試料４に照射する。試料４に到達した第１出射光３Ａ１及び第２出射光３Ａ２は、それぞれ第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２として、それぞれ光入射部５Ａから光出射部５Ｂまで、及び、光入射部５Ａから光出射部５Ｃまで進行する。第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２が試料収納器５内を進行する際、第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２のうち固有吸収波長付近の波長を有する光が吸収される。この際に吸収される光の量は、第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２が試料収納器５内を進行する距離（光路長）及び試料４内の測定対象物質の濃度に比例する。
【００５１】
光出射部５Ｂ及び光出射部５Ｃは、それぞれ光入射部５Ａと同様に、第１出射光３Ｂ１や第２出射光３Ｂ２を透過させる機能を有したものが好ましいが、開口部であってもよい。
【００５２】
光出射部５Ｂに到達した第１出射光３Ｂ１は、光出射部５Ｂを透過し、第１出射光３Ｃ１として、光出射部５Ｂから第１バンドパスフィルタ９まで進行する。また、光出射部５Ｃに到達した第２出射光３Ｂ２は、光出射部５Ｃを透過し、第２出射光３Ｃ２として、光出射部５Ｃから第２光アッテネータ７まで進行する。
【００５３】
第１バンドパスフィルタ９は、固有吸収波長λ１をその通過帯域に含み、非吸収波長λ２をその通過帯域に含まない光バンドパスフィルタである。第１バンドパスフィルタ９に到達した第１出射光３Ｃ１の一部は、第１バンドパスフィルタ９を通過して、第１出射光３Ｅ１として、第１バンドパスフィルタ９から第１光検出器１３まで進行する。
【００５４】
図３（Ａ）は、第１バンドパスフィルタを通過後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図である。図３（Ａ）に示すように、第１バンドパスフィルタ９を通過後の第１出射光３Ｅ１は、固有吸収波長λ１付近の波長の成分のみを有する。即ち、第１出射光３Ｃ１のうち、固有吸収波長λ１付近の波長の光は第１バンドパスフィルタ９を通過し、それ以外の波長の光は第１バンドパスフィルタ９によって遮断される。
【００５５】
また、図１に示すように、第２光アッテネータ７は、第２出射光３Ｃ２の一部を遮断する機能を有する。第２光アッテネータ７は、その光透過率が可変である。第２光アッテネータ７の光透過率は、詳細は後述するように、第２光アッテネータ制御部２１によって、所定の条件に近づけるように制御される。第２出射光３Ｃ２のうちの一部は、第２光アッテネータ７と通過し、第２出射光３Ｄ２として第２光アッテネータ７から第２バンドパスフィルタ１１まで進行する。
【００５６】
第２光アッテネータ７としては、例えば、光減衰機能を有する光減衰素子を用いた光アッテネータや、光シャッターを用いることができる。光減衰機能を有する光減衰素子としては、例えば、ＮＤ(Neutral Density)フィルター等の光減衰フィルター、ファラデー回転子、及び、光ファイバを挙げることができる。光減衰素子として光減衰フィルターを用いる場合、この光減衰フィルターの光軸に対する位置を移動させて光透過率を変更することができる。光減衰素子としてファラデー回転子を用いる場合、ファラデー回転子の回転角を変更することにより、光透過率を変更することができる。光減衰素子として光ファイバを用いる場合、光ファイバの曲げ損失は曲率半径に依存するため、曲率半径を変更することにより光透過率を変更することができる。
【００５７】
また、光シャッターにおいては、その光透過率を所定の２つの値（例えば、１００％と０％）間で変更することができる。そして、光シャッターの光透過率を例えばパルス幅変調制御（Pulse Width Modulation制御, PMW制御）によって周期的に変化させることにより、時間的に平均した場合の光透過率を所定の値にすることができる。この場合、ＰＭＷ制御の際のパルス間隔等を変更することにより、光透過率を変更することができる。
【００５８】
光シャッターとしては、例えば、メカニカルシャッターや、液晶光シャッターを挙げることができる。液晶光シャッターは、電圧の印加によって配向態様を変化させることのできる液晶を有し、その液晶の配向態様に応じて光透過率が変化する。
【００５９】
第２光アッテネータ７としては、液晶光シャッターを用いるのが好ましい。何故なら、光学系を簡素化できる上に機械的な可動部が減少するため、廉価、かつ、メンテナンス頻度を低くすることができるからである。
【００６０】
第２バンドパスフィルタ１１は、非吸収波長λ２をその通過帯域に含み、固有吸収波長λ１をその通過帯域に含まない光バンドパスフィルタである。第２バンドパスフィルタ１１に到達した第２出射光３Ｄ２の一部は、第２バンドパスフィルタ１１を通過して、第２出射光３Ｅ２として、第２バンドパスフィルタ１１から第２光検出器１５まで進行する。
【００６１】
図３（Ｂ）は、第２バンドパスフィルタを通過後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。図３（Ｂ）に示すように、第２バンドパスフィルタ１１を通過後の第２出射光３Ｅ２は、非吸収波長λ２付近の波長の成分のみを有する。即ち、第２出射光３Ｄ２のうち、非吸収波長λ２付近の波長の光は第２バンドパスフィルタ１１を通過し、それ以外の波長の光は第２バンドパスフィルタ１１によって遮断される。
【００６２】
第１光検出器１３は、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度信号を出力し、第２光検出器１５は、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度信号を出力する。本実施形態においては、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、同一の光検出器である。図４は、第１光検出器及び第２光検出器の構成を示す模式的な断面図である。図４に示すように、第１光検出器１３（第２光検出器１５）は、壁部に開口部４１Ａが形成されたケース体４１と、開口部４１Ａに設けられた窓部４３と、窓部４３と対向するようにケース体４１内に設けられた光電変換部４５と、を有している。
【００６３】
窓部４３は、光透過率の高い材料で形成されており、測定対象の外部の光は、窓部４３と通してケース体４１内に入り、光電変換部４５に入射する。光電変換部４５は、光の受光量に応じた電圧信号を一対の出力配線１３Ａ、１３Ｂ（１５Ａ、１５Ｂ）間に出力する。
【００６４】
第１光検出器１３及び第２光検出器１５としては、例えば、サーモパイル、サーミスタ、ボロメータ、及び、焦電素子等の熱型光検出素子や、フォトダイオード、光導電セル、光電管等の量子型光検出素子を用いることができる。
【００６５】
サーモパイルの光電変換部４５の光電変換原理は、熱起電力効果に基づき、サーミスタ及びボロメータの光電変換部４５の光電変換原理は、熱電対効果に基づき、焦電素子の光電変換部４５の光電変換原理は、焦電効果に基づく。また、フォトダイオードの光電変換部４５の光電変換原理は、光起電力効果に基づき、光導電セルの光電変換部４５の光電変換原理は、光導電効果に基づき、光電管の光電変換部４５の光電変換原理は、光電子放出効果に基づく。本実施形態では、第１光検出器１３と第２光検出器１５は同一の光検出器であるため、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、さらに、形状も同一である。
【００６６】
また、サーモパイルの光電変換部４５は熱電対であり、サーミスタ及びボロメータの光電変換部４５は、温度変化によって電気抵抗率が変化する抵抗体であり、焦電素子の光電変換部４５は焦電効果を有する材料からなる焦電体部である。また、フォトダイオードの光電変換部４５はｐｎ接合又はｐｉｎ接合を有する半導体部であり、光導電セルの光電変換部４５は光導電効果を有する半導体部であり、光電管の光電変換部４５は光電面を構成する光電効果を有する金属部である。
【００６７】
また、第１光検出器１３及び第２光検出器１５は、それぞれ熱型の光検出器であることが好ましい。これにより、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、波長依存性が低くなるため、上記固有吸収波長λ１と上記非吸収波長λ２の差を大きく設定することができる（図２参照）。そのため、非吸収波長λ２付近の波長を有する光が第１光検出器１３の出力値に与える影響を低減させることができ、固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が第２光検出器１５の出力値に与える影響をさらに低減させることができる。その結果、測定対象物質の濃度をさらに精度よく測定することが可能となる。
【００６８】
また、図１に示すように、出力配線１３Ａと出力配線１５Ａは、第２光アッテネータ制御部２１に接続され、出力配線１３Ｂと出力配線１５Ｂは、接地されている。これにより、第１光検出器１３は第１出射光３Ｅ１の大きさに応じた電圧信号を第２光アッテネータ制御部２１に出力し、第２光検出器１５は、第２出射光３Ｅ２の大きさに応じた電圧信号を第２光アッテネータ制御部２１に出力する。
【００６９】
第２光アッテネータ制御部２１は、第１光検出器１３の出力値及び第２光検出器１５の出力値に基づいて、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づけるように第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。例えば、第１光検出器１３の出力値よりも第２光検出器１５の出力値の方が大きい場合、第２光アッテネータ制御部２１によって第２光アッテネータ７の光透過率を低下させ、第１光検出器１３の出力値よりも第２光検出器１５の出力値の方が小さい場合、第２光アッテネータ制御部２１によって第２光アッテネータ７の光透過率を増加させる。光源３が所定周期ごとにパルス光を出射する場合、その周期に同期するように第２光アッテネータ制御部２１によって第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。このように、本実施形態においては、第２光アッテネータ制御部２１は、第１光検出器１３の出力値及び第２光検出器１５の出力値に基づいて、第２光アッテネータ７の光透過率を帰還的に制御する。なお、光源３が所定周期ごとにパルス光を出射する場合、パルス光の発光周期より第２光アッテネータ７の駆動周期を短くすることが好ましい。何故なら、単位発光パルスに対し、第２光アッテネータ７の光透過率を細かく制御できるので、第２光アッテネータ７の透過率を精度よく制御できるからである。
【００７０】
第２光アッテネータ制御部２１は、本実施形態においては、第１光検出器１３及び第２光検出器１５と接続された出力値比較手段１７と、出力値比較手段１７及び第２光アッテネータ７に接続されたサーボ制御部１９と、を有している。出力値比較手段１７は、出力配線１３Ａと出力配線１５Ａに接続されており、第１光検出器１３の出力値と第２光検出器１５の出力値の差に対応した電圧信号をサーボ制御部１９に出力する。サーボ制御部１９は、出力値比較手段１７からの電圧信号に応じて第２光アッテネータ７の光透過率を制御する。具体的には、サーボ制御部１９は、第１光検出器１３の出力値と第２光検出器１５の出力値の差を０に近づけるように第２光アッテネータ７の光透過率を制御することにより、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度を、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づける。
【００７１】
出力値比較手段１７としては、例えば図１に示すように、作動オペアンプを用いることが好ましい。また、出力値比較手段１７として、引き算器や割算器を用いることもできる。
【００７２】
算出部２３は、本実施形態ではサーボ制御部１９に接続されている。算出部２３は、第２光アッテネータ７の光透過率に基づいて、試料４全体に対する測定対象物質の比率としての測定対象物質の濃度を算出する。
【００７３】
上述のような本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータ７の光透過率は、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合における第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値に比例する。そして、固有吸収波長λ１の光の測定対象物質による光吸収率は、非吸収波長λ２の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度、及び、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータ７の光透過率は、試料４中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータ７の光透過率から、試料４中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００７４】
例えば、本実施形態においては、ある基準時における第２光アッテネータ７光透過率と、基準時以降におけるサーボ制御部１９による第２光アッテネータ７の光透過率の制御量の積算値から、算出部２３によって第２光アッテネータ７の光透過率を算出することができる。そして、算出した第２光アッテネータ７の光透過率を基に、算出部２３によって、試料４中における測定対象物質の濃度を算出することができる。また、算出部２３は、サーボ制御部１９による上記制御量の積算値を用いずに、測定対象物質の濃度を算出する時点における第２光アッテネータ７の光透過率から試料４中における測定対象物質の濃度を算出してもよい。
【００７５】
さらに、上述のような本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため（図４参照）、第１光検出器１３の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部４５の温度依存性と、第２光検出器１５の感度の光電変換部４５の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第２光アッテネータ７によって、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づくように制御されているため、測定中における第１光検出器１３の光電変換部４５の温度と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器１３の感度の変化の割合と第２光検出器１５の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差の割合と第２光検出器１５の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００７６】
そのため、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値（即ち、第１出射光３Ｅ１の強度と第２出射光３Ｅ２の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度が変化しても、第２光アッテネータ７の光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本実施形態に係るガス濃度測定装置１によれば、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度をそれぞれ測定する温度測定器を設けずに第１光検出器１３及び第２光検出器１５の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器１３と第２光検出器１５の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本実施形態に係るガス濃度測定装置１は、構成が簡単であり、第１光検出器１３及び第２光検出器１５の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００７７】
また、本実施形態に係るガス濃度測定装置１は、上述のように測定誤差を低減させることが可能であるため、第１出射光３Ｂ１及び第２出射光３Ｂ２が試料収納器５内を進行する距離（光路長）が短くても、測定対象物質の濃度を測定することができる。そのため、本実施形態に係るガス濃度測定装置１によれば、装置全体の大きさを小型化することが可能である。
【００７８】
さらに、上述のような本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、第１波長は、測定対象物質の固有吸収波長λ１であり、第２波長は、非吸収波長λ２である。これにより、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度は、測定対象物質の濃度に対応してより大きく変化し、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度は、測定対象物質の濃度にほぼ依存しなくなる。その結果、測定対象物質の濃度変化に対する第２光アッテネータ７の光透過率の変化率がより大きくなるため、測定対象物質の濃度の測定をより高精度に行うことができる。
【００７９】
さらに、本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、上述のように第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一である（図２参照）。これにより、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差の割合と第２光検出器１５の出力値の誤差の割合は、さらに近い値となる。その結果、第１光検出器１３及び第２光検出器１５の感度の温度変化に起因する測定誤差を、さらに低減させることが可能である。
【００８０】
さらに、本実施形態に係るガス濃度測定装置１においては、上述のように光源３は、第１光源と第２光源を兼ねている（図１参照）。これにより、光源３の発光強度が変化した場合、第１出射光３Ａ１の強度と第２出射光３Ａ２の強度は、同じ割合で変化する。そのため、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値（即ち、第１出射光３Ｅ１の強度と第２出射光３Ｅ２の強度の比）においては、これらの強度変化は互いに相殺されるため、第２光アッテネータの光透過率の制御への影響は低減される。その結果、光源３の発光強度の変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００８１】
さらに、本実施形態に係るガス濃度測定装置１は、上述のように試料４を透過した第１出射光３Ｃ１が入射するように試料４と第１光検出器１３との間に設けられ、測定対象物質の固有吸収波長λ１を通過帯域に含み、上記非吸収波長λ２を通過帯域に含まない第１バンドパスフィルタ９と、試料４を透過した第２出射光３Ｃ２、３Ｄ２が入射するように試料４と第２光検出器１５との間に設けられ、上記非吸収波長λ２を通過帯域に含み、上記固有吸収波長λ１を通過帯域に含まない第２バンドパスフィルタ１１と、をさらに備えている（図１参照）。
【００８２】
これにより、第１光検出器１３には、上記固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記非吸収波長λ２付近の波長を有する光が第１バンドパスフィルタ９によって遮断され、第２光検出器１５には、上記非吸収波長λ２付近の波長を有する光が優先的に入射すると共に、上記固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が第２バンドパスフィルタ１１によって遮断される。そのため、非吸収波長λ２付近の波長を有する光が第１光検出器１３の出力値に与える影響を低減させることができ、固有吸収波長λ１付近の波長を有する光が第２光検出器１５の出力値に与える影響を低減させることができる。その結果、測定対象ガスの濃度をさらに精度よく測定することが可能である。
【００８３】
また、本実施形態における場合のように、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度が、図２に示すように同程度、例えば、強度差が５％以内である場合、ガス濃度測定装置１は、第１バンドパスフィルタ９及び第２バンドパスフィルタ１１を備えていることが特に好ましい。何故なら、第１出射光３Ｅ１による第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３Ｅ２による第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となるためである。その結果、測定対象物質の濃度の測定精度が向上する。なお、ガス濃度測定装置１は、第１バンドパスフィルタ９及び第２バンドパスフィルタ１１を備えていなくても、測定対象ガスの濃度の測定は可能である。
【００８４】
また、上述のような本実施形態に係る濃度測定方法においては、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度と等しくなる場合の第２光アッテネータ７の光透過率は、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合における第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値に比例する。そして、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率は、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高いため、仮想的に第２光アッテネータ７の光透過率を１００％とした場合において、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度、及び、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度は、測定対象物質の濃度に対応して異なる割合で変化する。そのため、第２光アッテネータ７の光透過率は、試料４中における測定対象物質の濃度に対応した値となり、第２光アッテネータ７の光透過率から、試料４中における測定対象物質の濃度を算出することができる。
【００８５】
さらに、本実施形態に係る濃度測定方法においては、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなるため、第１光検出器１３の感度（光強度と出力との相関関係）の光電変換部４５の温度依存性と、第２光検出器１５の感度の光電変換部４５の温度依存性は、実質的に同じになる。そして、本実施形態に係る濃度測定方法においては、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度が、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度に近づくように第２光アッテネータ７の光透過率が制御されているため、測定中における第１光検出器１３の光電変換部４５の温度と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度は、略等しくなるように制御される。これにより、測定中における第１光検出器１３の感度の変化の割合と第２光検出器１５の感度の変化の割合は、実質的に等しくなる。そのため、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差の割合と第２光検出器１５の出力値の誤差の割合は、実質的に等しくなる。
【００８６】
そのため、第１光検出器１３に入射する第１出射光３Ｅ１の強度を、第２光検出器１５に入射する第２出射光３Ｅ２の強度で除した値（即ち、第１出射光３Ｅ１の強度と第２出射光３Ｅ２の強度の比）においては、これらの誤差は互いに相殺される。これにより、第１光検出器１３の光電変換部４５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度が変化しても、第２光アッテネータ７の光透過率の制御への影響は低減される。その結果、本実施形態に係る濃度測定方法によれば、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５の温度をそれぞれ測定する温度測定器を使用することなく光検出器の温度補償を行うことができるため、構成が簡単になる。さらに、上述のように、第１光検出器１３と第２光検出器１５の入出力値を近づけることによってこれらの光検出器の温度補償を行うため、これらの光検出器の感度の温度依存性を予め測定しておく必要がない。そのため、これらの光検出器の温度依存性を予め測定する際の測定誤差に起因して、測定対象ガスの濃度の測定誤差が生じることはない。従って、本実施形態に係る濃度測定方法によれば、簡単な構成で光検出器の感度の温度変化に起因する測定誤差を低減させることが可能である。
【００８７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、第１実施形態とは異なる態様のガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法について説明する。
【００８８】
図５は、本実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。図５に示すように、本実施形態のガス濃度測定装置１ａは、第１光アッテネータ２７と、第１光アッテネータ制御部２９と、をさらに備える点において、上述の第１実施形態のガス濃度測定装置１と相違する。
【００８９】
第１光アッテネータ２７は、試料４を透過した第１出射光３Ｃ１が入射するように試料４と第１バンドパスフィルタ９の間に設けられている。第１光アッテネータ２７は、試料４を透過した第１出射光３Ｃ１の一部を遮断する機能を有する。試料４を透過した第１出射光３Ｃ１は、第１光アッテネータ２７で一部が遮断された後、第１出射光３Ｄ１として、第１光アッテネータ２７から第１バンドパスフィルタ９まで進行する。
【００９０】
第１光アッテネータ２７は第１光アッテネータ制御部２９に接続されている。第１光アッテネータ２７の光透過率は可変であり、その光透過率は、第１光アッテネータ制御部２９によって制御される。第１光アッテネータ２７は、第２光アッテネータ７と同様の光アッテネータとすることができる。また、算出部２３は、第１光アッテネータ制御部２９と接続されている。算出部２３は、第１光アッテネータ２７の光透過率も考慮して試料４中の測定対象物質の濃度を算出する。
【００９１】
本実施形態のガス濃度測定装置１ａによれば、光源３の発光強度が変化した場合に、その変化の影響を第１光アッテネータ２７で低減させることができる。具体的には、例えば、第２光アッテネータ７の光透過率を１００％にした場合の第２出射光３Ｅ２の強度を第２光検出器１５によって定期的に測定すること等により、光源３の発光強度の経時変化等による強度変動を測定する。そして、光源３の発光強度が低下した場合、第１光アッテネータ２７の光透過率を増加させて、第１出射光３Ｄ１の強度変動を抑制することができる。
【００９２】
なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおいて、固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度が大きく異なる場合（例えば、強度差が５％以上である場合）、濃度測定を行う前に、測定対象物質が無い場合の第１光検出器１３と第２光検出器１５の出力値が略同一値となるように、第２光アッテネータ７及び／又は第１光アッテネータ２７の光透過率の初期状態を設定することが好ましい。これにより、測定精度を向上させることができる。なお、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２のそれぞれにおける固有吸収波長λ１の光の強度と非吸収波長λ２の光の強度の差の大きさに関わらず、上述のような第２光アッテネータ７及び／又は第１光アッテネータ２７の光透過率の初期状態の設定を行うことができる。
【００９３】
なお、第１光アッテネータ２７は、第１バンドパスフィルタ９と第１光検出器１３の間に設けられていてもよい。
【００９４】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、第１実施形態及び第２実施形態とは異なる態様のガス濃度測定装置及びガス濃度測定方法について説明する。
【００９５】
図６は、本実施形態のガス濃度測定装置の構成図である。図６に示すように、本実施形態のガス濃度測定装置１ｂは、光源３１（図１参照）に代えて、２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える点において、上述の第１実施形態のガス濃度測定装置１と相違する。
【００９６】
本実施形態の光源３１は、第１出射光３１Ａを出射する。第１出射光３１Ａは、光入射部５Ａを通過し、第１出射光３１Ｂとして、光入射部５Ａから光出射部５Ｂまで進行する。光出射部５Ｂを通過した第１出射光３１Ｂは、第１出射光３１Ｃとして、光出射部５Ｂから第１バンドパスフィルタ９まで進行する。第１バンドパスフィルタ９を通過した第１出射光３１Ｃは、第１出射光３１Ｅとして、第１バンドパスフィルタ９から第１光検出器１３まで進行する。
【００９７】
本実施形態の光源３３は、第２出射光３３Ａを出射する。第２出射光３３Ａは、光入射部５Ａを通過し、第２出射光３３Ｂとして、光入射部５Ａから光出射部５Ｃまで進行する。光出射部５Ｃを通過した第２出射光３３Ｂは、第２出射光３３Ｃとして、光出射部５Ｂから第２光アッテネータ７まで進行する。第２光アッテネータ７を通過した第２出射光３３Ｃは、第２出射光３３Ｄとして第２光アッテネータ７から第２バンドパスフィルタ１１まで進行する。第２バンドパスフィルタ１１を通過した第２出射光３３Ｄは、第２出射光３３Ｅとして、第２バンドパスフィルタ１１から第２光検出器１５まで進行する。
【００９８】
光源３１及び光源３３としては、例えば、ＬＥＤ、レーザー等を用いることができる。
【００９９】
図７（Ａ）は、光源３１から出射直後の第１出射光の光強度の波長分布を示す図である。図７（Ａ）に示すように、本実施形態において、第１出射光３１Ａは固有吸収波長λ１付近の波長の成分のみを有し、非吸収波長λ２付近の波長の成分は有していない。
【０１００】
図７（Ｂ）は、光源３３から出射直後の第２出射光の光強度の波長分布を示す図である。図７（Ｂ）に示すように、本実施形態において、第２出射光３３Ａは非吸収波長λ２付近の波長の成分のみを有し、固有吸収波長λ１付近の波長の成分は有していない。
【０１０１】
本実施形態のガス濃度測定装置１ｂでは、上述のように第１出射光３１Ａは非吸収波長λ２付近の波長の成分は有しておらず、第２出射光３３Ａは固有吸収波長λ１付近の波長の成分は有していない。即ち、ガス濃度測定装置１ｂは、２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える上に、光源３１は、固有吸収波長λ１付近の波長の成分のみを有する第１出射光３Ａ１を出射し、その一部である第１出射光３Ｅ１を第１光検出器１３に入射させ、光源３３は、非吸収波長λ２付近の波長の成分のみを有する第２出射光３Ａ２を出射し、その一部である第２出射光３Ｅ２を第２光検出器１５に入射させている。そのため、ガス濃度測定装置１ｂは、第１バンドパスフィルタ９及び／又は第２バンドパスフィルタ１１を備えていなくてもよい。なお、この場合、第１出射光３Ａ１と第２出射光３Ａ２は、それぞれ、概ね同一の半値幅を有することが好ましい。
【０１０２】
また、光源３１は、非吸収波長λ２付近の波長の成分を有していてもよい。その場合、ガス濃度測定装置１ｂは、第１バンドパスフィルタ９を備えることが好ましい。同様に、光源３３は、固有吸収波長λ１付近の波長の成分を有していてもよい。その場合、ガス濃度測定装置１ｂは、第２バンドパスフィルタ１１を備えることが好ましい。
【０１０３】
また、本実施形態における場合のように、ガス濃度測定装置１ｂが２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える場合、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの強度と光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度は、図７に示すように同程度、例えば、強度差が５％以内であることが好ましい。何故なら、第２光アッテネータ７によって第２光検出器１５に入射する第２出射光３３Ｅの強度を大きく調節しなくても、第１出射光３１Ｅによる第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３３Ｅによる第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となるためである。その結果、測定対象物質の濃度の測定精度が向上する。
【０１０４】
なお、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａと光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度が大きく異なる場合（例えば、強度差が５％以上である場合）、濃度測定を行う前に、測定対象物質が無い場合の第１光検出器１３と第２光検出器１５の出力値が略同一値となるように、第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態を設定することが好ましい。これにより、測定精度を向上させることができる。なお、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａと光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度の差の大きさに関わらず、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を行うことができる。また、光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの強度は、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの強度より大きい、又は光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの強度と同等であることが好ましい。何故なら、上述のような第２光アッテネータ７の光透過率の初期状態の設定を容易に行うことができるためである。
【０１０５】
ここで、本実施形態における場合のように、ガス濃度測定装置１ｂが２つの光源（光源３１及び光源３３）を備える場合、光源３１から出射直後の第１出射光３１Ａの波長と光源３３から出射直後の第２出射光３３Ａの波長とが互いに重ならないことが好ましい。第１出射光３１Ａの波長と第２出射光３３Ａの波長とが互いに重ならなければ、第１出射光３１Ｅによる第１光検出器１３の光電変換部４５の温度上昇度と、第２出射光３３Ｅによる第２光検出器１５の光電変換部４５の温度上昇度を、同程度に制御することが容易となる。なお、第１出射光３１Ａの波長と第２出射光３３Ａの波長が互いに重ならないとは、第１出射光３１Ａの強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲と、第２出射光３３Ａの強度ピークに対する波長の半値幅を規定する波長範囲とが、互いに重ならないことを意味する。
【０１０６】
なお、上述の実施形態１〜３における場合、光源３（又は光源３３）から出射する第２出射光３Ａ２（又は第２出射光３３Ａ）を試料４に照射せずに、第２光アッテネータ７に入射させてもよい。
【０１０７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る濃度測定装置及び濃度測定方法として、パルスオキシメーター及びパルスオキシメーターによる濃度測定方法について説明する。
【０１０８】
図８は、本実施形態のパルスオキシメーターの構成図である。図８に示すように、本実施形態のパルスオキシメーター１ｃは、試料４を収納する試料収納器５を備えていない点において、上述の第１実施形態のガス濃度測定装置１と相違する。
【０１０９】
パルスオキシメーター１ｃは、経皮的に動脈血酸素飽和度を測定する装置である。図８に示すように、パルスオキシメーター１ｃを使用する際は、第１実施形態におけるガス濃度測定装置１ａの試料収納器５の位置に、体組織５１と、体組織５１内に存在し内部に血液５５が流れる血管５３を配置する。体組織５１と血管５３と血液５５とで、試料４ａとなる。
【０１１０】
本実施形態のパルスオキシメーター１ｃにおいては、血液５５中の酸化ヘモグロビンを測定対象物質とし、血液５５中の還元ヘモグロビンを参照用物質とする。そして、第１波長の光の酸化ヘモグロビンによる光吸収率は、第２波長の光の酸化ヘモグロビンによる光吸収率よりも高く、かつ、第２波長の光の還元ヘモグロビンによる光吸収率は、第１波長の光の還元ヘモグロビンによる光吸収率よりも高くなるように、第１波長及び第２波長を決定する。第１波長は、例えば、９４０ｎｍとすることができ、第２波長は、例えば、６６０ｎｍとすることができる。
【０１１１】
本実施形態においては、酸化ヘモグロビンによる第１波長の光の吸収率と還元ヘモグロビンによる第１波長の光の吸収率の比、及び、酸化ヘモグロビンによる第２波長の光の吸収率と還元ヘモグロビンによる第２波長の光の吸収率の比を基に、算出部２３は、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの合計に対する酸化ヘモグロビンの比率としての酸化ヘモグロビンの濃度を算出する。また、このようにして算出した酸化ヘモグロビンの濃度から、動脈血酸素飽和度を算出することができる。
【０１１２】
なお、本実施形態においては、還元ヘモグロビンを測定対象物質とし、酸化ヘモグロビンを参照用物質としてもよい。この場合、算出部２３は、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの合計に対する還元ヘモグロビンの比率としての還元ヘモグロビンの濃度を算出する。
【０１１３】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様が可能である。
【０１１４】
例えば、上述の各実施形態においては、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、同一の光検出器であるが（図１、図４、図５、図６、及び図８参照）、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５が、同一の光電変換原理に基づくと共に同一の材料からなれば、第１光検出器１３と第２光検出器１５は、同一の光検出器でなくてもよい。ただし、その場合であっても、第１光検出器１３の光電変換部４５と第２光検出器１５の光電変換部４５は、同一であることが好ましい。上述のように、第１光検出器１３の血液５５及び第２光検出器１５の光電変換部４５の温度変化に起因する第１光検出器１３の出力値の誤差及び第２光検出器１５の出力値の誤差の割合を、さらに近い値とすることができるためである。
【０１１５】
また、上述の第１実施形態、第２実施形態、及び、第３実施形態においては、第１波長を測定対象物質の固有吸収波長λ１、第２波長を試料４に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長非吸収波長λ２としているが（図２参照）、第１波長の光の測定対象物質による光吸収率が、第２波長の光の測定対象物質による光吸収率よりも高くなるように、第１波長及び第２波長が決定されていればよい。この場合、第１バンドパスフィルタ９として、第１波長を通過帯域に含み、第２波長を通過帯域に含まないような光バンドパスフィルタを用い、第２バンドパスフィルタ１１として、第２波長を通過帯域に含み、第１波長を通過帯域に含まないような光バンドパスフィルタを用いる。
【０１１６】
また、上述の第４実施形態におけるパルスオキシメーター１ｃは、第２実施形態におけるガス濃度測定装置１ａと同様に、第１光アッテネータ２７をさらに備えてもよい（図５参照）。また、上述の第４実施形態におけるパルスオキシメーター１ｃは、第３実施形態におけるガス濃度測定装置１ｂと同様に、光源３１に代えて、２つの光源（光源３１及び光源３３）を備えてもよい（図６参照）。
【０１１７】
また、試料４中に測定対象物質が２種類（例えば、測定対象のガスが２種類）ある場合、上述の各実施形態のガス濃度測定装置は、第１の測定対象物質を上述のように測定すると共に、第２の測定対象物質を第１の測定対象物質と同様に測定するための第３光源、第４光源、第３光検出器、第４光検出器、及び、第３アッテネータ、及び、第３アッテネータ制御部をさらに備えていてもよい。この場合、第３光源は第２の測定対象物質の固有吸収波長（第１の測定対象物質の固有吸収波長λ１とは異なる波長）を含む光を試料４に照射し、第４光源は試料４中の各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長を含む光を試料４に照射する。第１〜第４光源のうちの一部又は全部は、同一の光源であってもよいし、第１〜第４光源は、それぞれ別体の光源であってもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１・・・濃度測定装置（ガス濃度測定装置）、３・・・光源（第１光源、第２光源）、３Ａ１、３Ｂ１、３Ｃ１、３Ｄ１、３Ｅ１・・・第１出射光、３Ａ２、３Ｂ２、３Ｃ２、３Ｄ２、３Ｅ２・・・第２出射光、４・・・試料、５・・・試料収納器、７・・・第２光アッテネータ、９・・・第１バンドパスフィルタ、１１・・・第２バンドパスフィルタ、１３・・・第１光検出器、１５・・・光検出器、２１・・・光アッテネータ制御部、２３・・・算出部、λ１・・・第１波長（固有吸収波長）、λ２・・・第２波長（非吸収波長）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、
第１波長の光を含む第１出射光を前記試料に照射する第１光源と、
第２波長の光を含む第２出射光を照射する第２光源と、
前記試料を透過した前記第１出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第１光検出器と、
前記第２出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第２光検出器と、
前記試料を透過した前記第２出射光が入射するように前記試料と前記第２光検出器との間に設けられ、光透過率が可変である第２光アッテネータと、
前記第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御部と、
前記測定対象物質の濃度を算出する算出部と、
を備え、
前記第１波長の光の前記測定対象物質による光吸収率は、前記第２波長の光の前記測定対象物質による光吸収率よりも高く、
前記第１光検出器の光電変換部と前記第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、
前記第２光アッテネータ制御部は、前記第１光検出器の出力値及び前記第２光検出器の出力値に基づいて、前記第２光検出器に入射する前記第２出射光の強度を、前記第１光検出器に入射する前記第１出射光の強度に近づけるように前記第２光アッテネータの前記光透過率を制御し、
前記算出部は、前記第２光アッテネータの前記光透過率に基づいて前記測定対象物質の濃度を算出する濃度測定装置。
【請求項２】
前記第１波長は、前記測定対象物質の固有吸収波長であり、
前記第２波長は、前記試料に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長である請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記試料全体に対する前記測定対象物質の比率として、前記測定対象物質の濃度を算出する請求項１又は２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記試料は、参照用物質をさらに含み、
前記第２出射光は、前記第２光検出器に入射する前に前記試料を透過し、
前記第２波長の光の前記参照用物質による光吸収率は、前記第１波長の光の前記参照用物質による光吸収率よりも高く、
前記算出部は、前記測定対象物質及び前記参照用物質の合計に対する前記測定対象物質の比率として、前記測定対象物質の濃度を算出する請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記第１光検出器の前記光電変換部と前記第２光検出器の前記光電変換部は、同一である請求項１〜４のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記第１光源と前記第２光源は、一つの光源である請求項１〜５のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記試料を透過した前記第１出射光が入射するように前記試料と前記第１光検出器との間に設けられ、前記第１波長を通過帯域に含み、前記第２波長を通過帯域に含まない第１バンドパスフィルタと、
前記試料を透過した前記第２出射光が入射するように前記試料と前記第２光検出器との間に設けられ、前記第２波長を通過帯域に含み、前記第１波長を通過帯域に含まない第２バンドパスフィルタと、
をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記試料は気体状であり、前記測定対象物質は気体である請求項１〜７のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項９】
前記試料を透過した前記第１出射光が入射するように前記試料と前記第１光検出器の間に設けられ、光透過率が可変である第１光アッテネータと、
前記第１光アッテネータの光透過率を制御する第１光アッテネータ制御部と、
をさらに備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１０】
前記第２光アッテネータは、液晶光シャッターである請求項１〜９のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１１】
前記第１光検出器及び前記第２光検出器は、それぞれ熱型の光検出器である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１２】
試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定方法であって、
第１波長の光を含む第１出射光を前記試料に照射する工程と、
前記試料を透過した前記第１出射光を、光の強度信号を出力する第１光検出器に入射させる工程と、
第２波長の光を含む第２出射光を、光透過率が可変である第２光アッテネータを通過するように照射し、前記第２光アッテネータを通過後の前記第２光出射光を、光の強度信号を出力する第２光検出器に入射させる工程と、
前記第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御工程と、
前記測定対象物質の濃度を算出する算出工程と、
を備え、
前記第１波長の光の前記測定対象物質による光吸収率は、前記第２波長の光の前記測定対象物質による光吸収率よりも高く、
前記第１光検出器の光電変換部と前記第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、
前記第２光アッテネータ制御工程においては、前記第１光検出器の出力値及び前記第２光検出器の出力値に基づいて、前記第２光検出器に入射する前記第２出射光の強度を、前記第１光検出器に入射する前記第１出射光の強度に近づけるように前記第２光アッテネータの前記光透過率を制御し、
前記算出工程においては、前記第２光アッテネータの前記光透過率に基づいて前記測定対象物質の濃度を算出する濃度測定方法。
【請求項１】
試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、
第１波長の光を含む第１出射光を前記試料に照射する第１光源と、
第２波長の光を含む第２出射光を照射する第２光源と、
前記試料を透過した前記第１出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第１光検出器と、
前記第２出射光が入射するように設けられた光の強度信号を出力する第２光検出器と、
前記試料を透過した前記第２出射光が入射するように前記試料と前記第２光検出器との間に設けられ、光透過率が可変である第２光アッテネータと、
前記第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御部と、
前記測定対象物質の濃度を算出する算出部と、
を備え、
前記第１波長の光の前記測定対象物質による光吸収率は、前記第２波長の光の前記測定対象物質による光吸収率よりも高く、
前記第１光検出器の光電変換部と前記第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、
前記第２光アッテネータ制御部は、前記第１光検出器の出力値及び前記第２光検出器の出力値に基づいて、前記第２光検出器に入射する前記第２出射光の強度を、前記第１光検出器に入射する前記第１出射光の強度に近づけるように前記第２光アッテネータの前記光透過率を制御し、
前記算出部は、前記第２光アッテネータの前記光透過率に基づいて前記測定対象物質の濃度を算出する濃度測定装置。
【請求項２】
前記第１波長は、前記測定対象物質の固有吸収波長であり、
前記第２波長は、前記試料に含まれる各物質の各固有吸収波長と異なる非吸収波長である請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記試料全体に対する前記測定対象物質の比率として、前記測定対象物質の濃度を算出する請求項１又は２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記試料は、参照用物質をさらに含み、
前記第２出射光は、前記第２光検出器に入射する前に前記試料を透過し、
前記第２波長の光の前記参照用物質による光吸収率は、前記第１波長の光の前記参照用物質による光吸収率よりも高く、
前記算出部は、前記測定対象物質及び前記参照用物質の合計に対する前記測定対象物質の比率として、前記測定対象物質の濃度を算出する請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記第１光検出器の前記光電変換部と前記第２光検出器の前記光電変換部は、同一である請求項１〜４のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記第１光源と前記第２光源は、一つの光源である請求項１〜５のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記試料を透過した前記第１出射光が入射するように前記試料と前記第１光検出器との間に設けられ、前記第１波長を通過帯域に含み、前記第２波長を通過帯域に含まない第１バンドパスフィルタと、
前記試料を透過した前記第２出射光が入射するように前記試料と前記第２光検出器との間に設けられ、前記第２波長を通過帯域に含み、前記第１波長を通過帯域に含まない第２バンドパスフィルタと、
をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記試料は気体状であり、前記測定対象物質は気体である請求項１〜７のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項９】
前記試料を透過した前記第１出射光が入射するように前記試料と前記第１光検出器の間に設けられ、光透過率が可変である第１光アッテネータと、
前記第１光アッテネータの光透過率を制御する第１光アッテネータ制御部と、
をさらに備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１０】
前記第２光アッテネータは、液晶光シャッターである請求項１〜９のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１１】
前記第１光検出器及び前記第２光検出器は、それぞれ熱型の光検出器である請求項１〜１０のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１２】
試料に含まれる測定対象物質の濃度を測定する濃度測定方法であって、
第１波長の光を含む第１出射光を前記試料に照射する工程と、
前記試料を透過した前記第１出射光を、光の強度信号を出力する第１光検出器に入射させる工程と、
第２波長の光を含む第２出射光を、光透過率が可変である第２光アッテネータを通過するように照射し、前記第２光アッテネータを通過後の前記第２光出射光を、光の強度信号を出力する第２光検出器に入射させる工程と、
前記第２光アッテネータの光透過率を制御する第２光アッテネータ制御工程と、
前記測定対象物質の濃度を算出する算出工程と、
を備え、
前記第１波長の光の前記測定対象物質による光吸収率は、前記第２波長の光の前記測定対象物質による光吸収率よりも高く、
前記第１光検出器の光電変換部と前記第２光検出器の光電変換部は、同一の光電変換原理に基づくと共に、同一の材料からなり、
前記第２光アッテネータ制御工程においては、前記第１光検出器の出力値及び前記第２光検出器の出力値に基づいて、前記第２光検出器に入射する前記第２出射光の強度を、前記第１光検出器に入射する前記第１出射光の強度に近づけるように前記第２光アッテネータの前記光透過率を制御し、
前記算出工程においては、前記第２光アッテネータの前記光透過率に基づいて前記測定対象物質の濃度を算出する濃度測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７６５３９（Ｐ２０１０−２７６５３９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３１２０２（Ｐ２００９−１３１２０２）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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