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公開番号2025140173
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039375
出願日2024-03-13
発明の名称分光装置およびガス検出装置
出願人株式会社タムロン
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類G01N 21/359 20140101AFI20250919BHJP(測定;試験)
要約【課題】コストの高騰が抑制され、かつ実用性に優れる微量ガスの検出技術を提供する。
【解決手段】ガス検出装置(1)は分光装置(10)とガス供給管(20)とを有し、分光装置(10)は波長スペクトルで特定の半値全幅を有する近赤外光の光源(11)と、互いに対向し、特定の実効反射率を有する一対の反射鏡(121、122)を有する光キャビティ(12)と、光キャビティ(12)からの出射光を検出する光検出器(13)とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
近赤外光を出力する光源と、
対向する一対の反射鏡を有し、前記反射鏡の間に測定対象ガスが供給可能であり、かつ前記光源からの入射光が前記反射鏡の間に導入される光キャビティと、
前記光キャビティからの出射光の波長ごとの強度を検出する光検出器と、を備え、
前記光源から出力されて前記光キャビティに入射する近赤外光の波長スペクトルの半値全幅は１５ｎｍ以上であり、
前記測定対象ガスの特定の濃度変化範囲において下記式（１）を満足する、分光装置、
JPEG
2025140173000008.jpg
28
169
式（１）中、αは前記測定対象ガスの吸収係数を表し、Ｌは一対の前記反射鏡間の光学的な中心間の距離を表し、Ｉ
０
は前記光キャビティに前記測定対象ガスが供給されていないときの前記光キャビティからの出射光の強度を表し、Ｉは前記測定対象ガスが供給されている前記光キャビティからの出射光の強度を表し、Ｒは式（２）で表される一対の前記反射鏡の実効反射率を表し、
式（２）中、Ｒ１は一対の前記反射鏡のうちの一方の反射鏡の反射率を表し、Ｒ２は一対の前記反射鏡のうちの他方の反射鏡の反射率を表す。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
前記光検出器で検出される前記出射光の強度の揺らぎを検出し、前記揺らぎを小さくする前記光源の出力値を出力する強度揺らぎ補正部をさらに備える、請求項１に記載の分光装置。
【請求項３】
前記光検出器で検出される前記出射光の波長の揺らぎを検出し、前記揺らぎに基づいて前記出射光の検出値を補正する波長揺らぎ補正部をさらに備える、請求項１に記載の分光装置。
【請求項４】
一対の前記反射鏡のそれぞれの反射鏡における近赤外光の反射率が９９．９５％未満である、請求項１に記載の分光装置。
【請求項５】
前記光源の温度を調整する温度調整装置をさらに備える、請求項１に記載の分光装置。
【請求項６】
一対の前記反射鏡のうちの、前記光源からの近赤外光の光路においてより前記光源側の一方の反射鏡の近赤外光の反射率が、他方の反射鏡の近赤外光の反射率以上である、請求項１に記載の分光装置。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の分光装置と、測定対象ガスを前記光キャビティに供給するガス供給部と、有するガス検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光装置およびガス検出装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、生体ガスと呼ばれる人体が発するガス（呼気、皮膚ガスまたは腸内ガスなど）に含まれる特定の成分の濃度が、特定の病状と相関を示すことが明らかとなりつつある。当該ガス成分の濃度は体積比でｐｐｂからｐｐｍ（１０億分の１から１００万分の１）という極低濃度の領域で変化する。このような極低濃度のガスを定量的に検出する技術として、キャビティ増幅吸収分光法が挙げられる。当該分光法は、高反射率の二枚の反射鏡を向かい合わせにした構成（「光キャビティ」とも呼ばれる）によって、反射鏡間を光が何往復もすることで実効的な光路長を長くし、極低濃度のガスによる光の吸収を増幅させる方法である。
【０００３】
呼気中の特定のガス成分をキャビティ増幅吸収分光法によって検出する技術には、レーザー光源および光キャビティを利用して呼気中の二酸化炭素を検出する技術（例えば特許文献１参照）、紫外線発光ダイオード（ＬＥＤ）および光キャビティを利用して呼気中のアセトンなどのケトンを定量的に検出する技術（例えば特許文献２参照）、レーザー光源および光キャビティを利用して呼気サンプルから肺がんの程度を決定する技術（例えば特許文献３参照）、紫外線ＬＥＤを利用し、マルチパス分光によって呼気分析を行う技術（例えば特許文献４参照）、および、紫外から近赤外の特定の波長のＬＥＤ光源またはレーザーダイオードを利用し、マルチパス分光によって酸素を検出する技術（例えば特許文献５参照）、が知られている。
【０００４】
また、特定の微量のガス成分をキャビティ増幅吸収分光法によって検出する技術には、近赤外ＬＥＤ光源を利用したキャビティ増幅吸収分光（例えば非特許文献１参照）、および、ハロゲンランプ光源を利用したキャビティ増幅吸収分光（例えば非特許文献２参照）、が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２００５－５０１２３３号公報
特表２０１６－５０２０７７号公報
特表２０２２－５２９６２１号公報
特表２０２０－５０９３５０号公報
特表２０１７－５０２３０３号公報
【非特許文献】
【０００６】
Kaiyuan Zheng et. al.，Near-Infrared Broadband Cavity-Enhanced Spectroscopic Multigas Sensor Using a 1650 nm Light Emitting Diode，［online］，2019，＜URL：https://www.researchgate.net/publication/333705294＞
Kaiyuan Zheng et. al.，Near-infrared broadband cavity-enhanced sensor system for methane detection using a wavelet-denoising assisted Fourier-transform spectrometer，［online］，2019，＜URL：https://www.researchgate.net/publication/332917977＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のような従来技術は実用上の種々の問題を有している。このような実用上の問題の一つとして、コストが高くなるという問題を有している。たとえばレーザー光源はそれ自身が高価である。また、例えばレーザー光源を用いる場合には共振条件を満たすために光キャビティ長をピエゾステージなどで微調整する必要がある。このように光キャビティ長を微調整する必要がある場合には、装置の構成が複雑になり、装置が高価になる。また、例えばレーザー光源を用いる場合には高い反射率の反射鏡が必要となる。このように高い反射率の反射鏡も一般に高品質であり、それ自身が高価である。また、光路長を長くするために光キャビティを構成するガスセルの内面全体に反射コーティングを施す場合には、大面積のコーティングが必要とされるため、製品コストが高くなる。
【０００８】
また、上述のような従来技術は、実用上の問題の一つとして実施が困難であるという問題を有している。たとえば、高い反射率の反射鏡を要する技術では、反射鏡の反射率が高いほど光キャビティの共振条件が厳しくなり、高精度な光軸調整、および振動など外乱の除去、が要求される。そのため、実施がより困難になる。また、マルチパス分光を利用する技術では、光路長を十分に長くすることが困難であり、検出できるガス種が限定される。そのため生体ガスの分析に適用することが困難である。さらに、紫外光を光源とする技術を適用することが非常に困難である。より詳しくは、紫外光の波長域は一般にほとんどの有機物が広い吸収帯を有することから、異なる有機物同士の吸収帯が重なる。そのため、事実上膨大な数の有機物を含む生体ガスの分析が困難となる。
【０００９】
また、分光測定による生体ガスの分析は、単一波長のデータだけでは難しく、多波長データ（スペクトル）を取得することが望ましい。このような理由からも光源にレーザーを用いる技術は、検討の余地が残されている。
【００１０】
本発明の一態様は、コストの高騰が抑制され、かつ実用性に優れる微量ガスの検出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】
（【００１１】以降は省略されています）

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