特許 6574110 ガスセンサ回路、ガスセンサ装置及びガス濃度検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6574110

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】ガスセンサ回路、ガスセンサ装置及びガス濃度検知方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/61 20060101AFI20190902BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/61

   G01N21/3504

【請求項の数】14

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-128616(P2015-128616)

(22)【出願日】2015年6月26日

(65)【公開番号】特開2017-9565(P2017-9565A)

(43)【公開日】2017年1月12日

【審査請求日】2018年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 徹也

(72)【発明者】

【氏名】和田 健作

【審査官】 中澤 真吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１２８９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２２７２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０６８６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９６６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００００６４３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

２１／１７−２１／６１

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源からの放射光を受光する第１受光部の第１センサ信号、及び前記放射光を受光する第２受光部の第２センサ信号から測定対象ガス濃度を検知するガスセンサ回路であって、
第１基準信号及び前記第１基準信号と比例した強度の信号である第２基準信号を生成する基準信号生成回路と、
前記第１センサ信号を、前記第１基準信号に基づいてＡＤ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記第２基準信号及び前記第２センサ信号に応じて、前記光源にフィードバックするフィードバック部と
を備え、
前記フィードバック部は、前記第２基準信号と前記第２センサ信号とが一致するように前記光源へフィードバックする
ガスセンサ回路。

【請求項2】

光源からの放射光を受光する第１受光部の第１センサ信号、及び前記放射光を受光する第２受光部の第２センサ信号から測定対象ガス濃度を検知するガスセンサ回路であって、
第１基準信号及び前記第１基準信号と比例した強度の信号である第２基準信号を生成する基準信号生成回路と、
前記第１センサ信号を、前記第１基準信号に基づいてＡＤ変換するＡ／Ｄ変換回路と、
前記第２基準信号及び前記第２センサ信号に応じて、前記光源にフィードバックするフィードバック部と
を備え、
前記フィードバック部は、
前記第２基準信号と前記第２センサ信号とに基づいて誤差増幅信号を出力する誤差増幅器と、
前記誤差増幅信号に応じた駆動信号で前記光源を駆動する光源駆動部と
を有するガスセンサ回路。

【請求項3】

前記フィードバック部は、前記放射光の強度をフィードバック調整する請求項１または２に記載のガスセンサ回路。

【請求項4】

前記第１基準信号は前記Ａ／Ｄ変換回路のフルスケール信号であり、
前記Ａ／Ｄ変換回路は、前記第１センサ信号を前記フルスケール信号に基づいてＡＤ変換する請求項１から３のいずれか一項に記載のガスセンサ回路。

【請求項5】

前記基準信号生成回路は、直列に接続される複数の抵抗素子を備え、前記複数の抵抗素子で所定の電圧を抵抗分割することによって前記第１基準信号および前記第２基準信号を生成する、請求項１から４のいずれか一項に記載のガスセンサ回路。

【請求項6】

前記第１センサ信号は、前記測定対象ガス濃度に依存するガスセンシング信号であり、前記第２センサ信号は、前記測定対象ガス濃度に依存しないリファレンス信号である
請求項１から５のいずれか一項に記載のガスセンサ回路。

【請求項7】

前記第１センサ信号及び前記第２センサ信号の極性を切り替えて出力する第１チョッパ部と、
前記第２基準信号と、極性を切り替えて出力された前記第２センサ信号とを、切り替えて前記フィードバック部へ出力する第２チョッパ部と
を備える請求項１から６のいずれか一項に記載のガスセンサ回路。

【請求項8】

測定対象ガスを導入するガスセルと、
前記測定対象ガスによって吸収される波長帯域を含む前記放射光を放射する光源と、
前記放射光を受光し、前記測定対象ガスによる吸収が生じる波長帯域の受光強度に応じた第１センサ信号を出力する第１受光部と、
前記放射光を受光し、前記測定対象ガスによる吸収が生じない波長帯域の受光強度に応じた第２センサ信号を出力する第２受光部と、
請求項１から７のいずれか一項に記載のガスセンサ回路と
を備えるガスセンサ装置。

【請求項9】

前記第１受光部は、第１の光検出素子と、前記測定対象ガスによる吸収が生じる波長帯域の光のみを透過する第１光学フィルタを備え、
前記第２受光部は、第２の光検出素子と、前記測定対象ガスによる吸収が生じない波長帯域の光のみを透過する第２光学フィルタを備え、
前記第１の光検出素子及び前記第２の光検出素子は同一の波長帯域に感度を有する請求項８に記載のガスセンサ装置。

【請求項10】

第１主面と該第１主面と対向する第２主面とを備え、該第１主面上に前記第１受光部が設けられた第１基板と、
第１主面と該第１主面と対向する第２主面とを備え、該第１主面上に前記光源と前記第２受光部が設けられた第２基板と
をさらに有し、
前記第２受光部は、前記第２基板の第１主面であって、前記放射光のうちの該第２基板の第２主面で反射した前記放射光が入射する位置に配置される請求項８に記載のガスセンサ装置。

【請求項11】

基準信号生成回路が第１基準信号及び前記第１基準信号と比例した強度の信号である第２基準信号を生成するステップと、
光源の放射光を受光する第２受光部の第２センサ信号を取得するステップと、
前記第２基準信号及び前記第２センサ信号に応じて前記光源の強度をフィードバック調整するステップと、
前記放射光を受光する第１受光部の第１センサ信号を取得するステップと、
前記第１センサ信号を、前記第１基準信号に基づいてＡＤ変換するステップと、
前記ＡＤ変換した結果に基づいて測定対象ガス濃度を検知するステップと
を備え、
前記フィードバック調整するステップは、前記第２基準信号と前記第２センサ信号とが一致するように前記光源の強度をフィードバック調整するステップを有する
ガス濃度検知方法。

【請求項12】

基準信号生成回路が第１基準信号及び前記第１基準信号と比例した強度の信号である第２基準信号を生成するステップと、
光源の放射光を受光する第２受光部の第２センサ信号を取得するステップと、
前記第２基準信号及び前記第２センサ信号に応じて前記光源の強度をフィードバック調整するステップと、
前記放射光を受光する第１受光部の第１センサ信号を取得するステップと、
前記第１センサ信号を、前記第１基準信号に基づいてＡＤ変換するステップと、
前記ＡＤ変換した結果に基づいて測定対象ガス濃度を検知するステップと
を備え、
前記フィードバック調整するステップは、
前記第２基準信号と前記第２センサ信号とを誤差増幅器に入力するステップと、
前記誤差増幅器の出力に応じて前記光源を駆動する駆動信号を生成するステップと、
を有するガス濃度検知方法。

【請求項13】

前記放射光を受光する第１受光部の第１センサ信号と、前記放射光を受光する第２受光部の第２センサ信号を同時に取得する請求項１１または１２に記載のガス濃度検知方法。

【請求項14】

前記基準信号生成回路は、直列に接続される複数の抵抗素子を備え、前記複数の抵抗素子で所定の電圧を抵抗分割することによって前記第１基準信号および前記第２基準信号を生成する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載のガス濃度検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスセンサ回路、ガスセンサ装置及びガス濃度検知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、大気中の測定対象ガス濃度の測定を行うガスセンサ装置として、非分散赤外吸収型（Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）のガスセンサ装置が知られている。非分散赤外吸収型のガスセンサ装置は、ガスの種類によって吸収される赤外線の波長が異なることを利用してガス濃度を測定する。例えば、従来の非分散赤外吸収型のガスセンサ装置は、測定対象ガスの吸収特性に対応する波長のみを透過するフィルタを用いて測定した赤外線の吸収量からガス濃度を測定する（例えば、特許文献１）。

【0003】

また、従来のガス濃度の推定方法は、測定対象ガス濃度に依存する測定対象ガス信号と測定対象ガス濃度に依存しないリファレンス信号をＡ／Ｄ変換し、それらの比より測定対象ガス濃度を推定する（例えば、特許文献２）。
［特許文献１］特開２０１０−１３９２９９号公報
［特許文献２］特開２０１４―１８６０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来のガスセンサ装置は、後段に測定対象ガス濃度を推定するための多数の回路が必要となり、十分に低消費電流化を図ることができない。また、測定対象ガス濃度を推定するための回路用にスペースが必要であり、小面積化を達成することができない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様においては、光源からの放射光を受光する第１受光部の第１センサ信号、及び放射光を受光する第２受光部の第２センサ信号から測定対象ガス濃度を検知するガスセンサ回路であって、第１基準信号及び第１基準信号に関連した第２基準信号を生成する基準信号生成回路と、第１センサ信号を、第１基準信号に基づいてＡＤ変換するＡ／Ｄ変換回路と、第２基準信号及び第２センサ信号に応じて、光源にフィードバックするフィードバック部とを備えるガスセンサ回路を提供する。

【0006】

本発明の第２の態様においては、測定対象ガスを導入するガスセルと、測定対象ガスによって吸収される波長帯域を含む放射光を放射する光源と、放射光を受光し、測定対象ガスによる吸収が生じる波長帯域の受光強度に応じた第１センサ信号を出力する第１受光部と、放射光を受光し、測定対象ガスによる吸収が生じない波長帯域の受光強度に応じた第２センサ信号を出力する第２受光部と、第１の態様に係るガスセンサ回路とを備えるガスセンサ装置を提供する。

【0007】

本発明の第３の態様においては、第１基準信号及び第１基準信号に関連した第２基準信号を生成するステップと、光源の放射光を受光する第２受光部の第２センサ信号を取得するステップと、第２基準信号及び第２センサ信号に応じて光源の強度をフィードバック調整するステップと、放射光を受光する第１受光部の第１センサ信号を取得するステップと、第１センサ信号を、第１基準信号に基づいてＡＤ変換するステップと、ＡＤ変換した結果に基づいて測定対象ガス濃度を検知するステップとを備えるガス濃度検知方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。

【図2】ガスセンサ装置５００のガス濃度検知方法のフローチャートの一例を示す。

【図3】実施例２に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。

【図4】実施例２に係る基準信号生成回路１１０の構成の一例を示す。

【図5】実施例２に係るＡ／Ｄコンバータ１２０の構成の一例を示す。

【図6】実施例２に係る光源駆動部１３２の構成の一例を示す。

【図7】実施例３に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。

【図8】誤差増幅器１３１の構成の一例を示す。

【図9】実施例４に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。

【図10】Ｉ／Ｖ変換回路１７０の構成の一例を示す。

【図11】実施例５に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。

【図12】実施例６に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0010】

（実施例１）
図１は、実施例１に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。ガスセンサ装置５００は、ガスセンサ２００及びガスセンサ回路１００から構成される。

【0011】

ガスセンサ２００は、測定対象ガスに放射された放射光を検知する。ガスセンサ２００は、放射光の強度に応じた第１センサ信号Ｖ_Ｏ１及び第２センサ信号Ｖ_Ｏ２を出力する。本明細書において、特段指定しない限り、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１は、測定対象ガス濃度に依存するガスセンシング信号であり、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２は、測定対象ガス濃度に依存しないリファレンス信号である。ガスセンサ２００は、ガスセル２１０、光源２２０、第１受光部２３０、第２受光部２４０を備える。また、第１受光部２３０は、第１光学フィルタ２３５を有してよく、第２受光部２４０は、第２光学フィルタ２４５を有してよい。

【0012】

ガスセンサ回路１００は、ガスセンサ２００が出力したセンサ信号に基づいて、測定対象ガスのガス濃度を算出するために必要な信号処理を行う。ガスセンサ回路１００は、基準信号生成回路１１０、Ａ／Ｄコンバータ１２０、及びフィードバック部１３０を備える。フィードバック部１３０は、誤差増幅器１３１及び光源駆動部１３２を有する。

【0013】

ガスセル２１０は、内部に測定対象ガスを導入し、その後、外部に測定対象ガスを導出する。また、ガスセル２１０は、内部に光源２２０、第１受光部２３０及び第２受光部２４０を配置する。ガスセル２１０の内部は、光源２２０からの放射光を反射する材料で形成されることが好ましい。これにより、ガスセル２１０は、第１受光部２３０及び第２受光部２４０に、放射光を効率的に入射できる。例えば、ガスセル２１０は、アルミニウム及び銅などの金属材料で形成される。また、測定対象ガスは、ＣＯ_２ガス、呼気アルコール等のガスであってもよい。

【0014】

光源２２０は、光源駆動部１３２から入力された駆動信号に応じた強度の放射光を出力する。放射光は、第１受光部２３０及び第２受光部２４０に入射する。光源２２０は、測定対象ガスの吸収波長帯域等に応じた波長の放射光を出力する。また、光源２２０は、第１受光部２３０及び第２受光部２４０が感度を有する帯域の放射光を出力する。例えば、光源２２０の放射光は、赤外領域の光、紫外領域の光、その他の波長帯域の光である。光源２２０は、白熱電球、セラミックヒータ、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ヒーター及びＬＥＤ等であってよい。本例の光源２２０は、放射光として赤外線を放射する。

【0015】

第１受光部２３０は、光源２２０が放射する赤外線に対して感度を有する。第１受光部２３０は、入射された赤外線の受光強度に応じて第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を出力する。第１センサ信号Ｖ_Ｏ１は、後段のＡ／Ｄコンバータ１２０に入力される。第１受光部２３０が出力する第１センサ信号Ｖ_Ｏ１は、電流出力でも良く、また電圧出力でも良い。第１受光部２３０は、焦電センサ（Ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ）、サーモパイル（Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ：熱電堆）、ボロメータ（Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）等の熱型赤外線センサ及び量子型赤外線センサ等が好適である。

【0016】

第１光学フィルタ２３５は、測定対象ガスに応じた所望の光学特性を有する。第１光学フィルタ２３５は、測定対象ガスによる吸収が生じる波長帯域の光のみを透過してよい。例えば、第１光学フィルタ２３５は、測定対象ガスが炭酸ガスの場合、炭酸ガスによる赤外線吸収が多く生じる波長帯（代表的には４．３μｍ付近）の赤外線を濾波できるバンドパスフィルタである。また、第１光学フィルタ２３５は、炭酸ガスによる赤外線吸収が生じない波長帯（代表的には３．９μｍ付近）の赤外線を濾波できるバンドパスフィルタであってもよい。

【0017】

第２受光部２４０は、光源２２０が出力する赤外線に対する感度を有する。また、第２受光部２４０は、第１受光部２３０とは異なる波長帯域に赤外線吸収のピークを有し、入射された赤外線の受光強度に応じて第２センサ信号Ｖ_Ｏ２を出力する。第２センサ信号Ｖ_Ｏ２は、電流出力でも良く、また電圧出力でも良い。第２受光部２４０は、焦電センサ（Ｐｙｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ）、サーモパイル（Ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ：熱電堆）、ボロメータ（Ｂｏｌｏｍｅｔｅｒ）等の熱型赤外線センサ、量子型赤外線センサ等が好適である。

【0018】

第２光学フィルタ２４５は、測定対象ガスに応じた所望の光学特性を有する。第２光学フィルタ２４５は、第１光学フィルタ２３５が測定対象ガスによる吸収が生じる波長帯域の光のみを透過する場合、測定対象ガスによる吸収が生じない波長帯域の光のみを透過してよい。例えば、測定対象ガスが炭酸ガスの場合において、第１光学フィルタ２３５が炭酸ガスによる赤外線吸収が多く生じる波長帯（代表的には４．３μｍ付近）の赤外線を濾波できるバンドパスフィルタを搭載する場合、第２光学フィルタ２４５は、第２受光部２４０に炭酸ガスによる赤外線吸収が生じない波長帯（代表的には３．９μｍ付近）の赤外線を濾波できるバンドパスフィルタである。また、測定対象ガスが炭酸ガスの場合において、第１光学フィルタ２３５が炭酸ガスによる赤外線吸収が生じない波長帯（代表的には３．９μｍ付近）の赤外線を濾波できるバンドパスフィルタを搭載する場合、第２光学フィルタ２４５は、炭酸ガスによる赤外線吸収が多く生じる波長帯（代表的には４．３μｍ付近）の赤外線を濾波できるバンドパスフィルタであってよい。つまり、第１受光部２３０及び第２受光部２４０が第１光学フィルタ２３５及び第２光学フィルタ２４５をそれぞれ有する場合、第１受光部２３０及び第２受光部２４０は、３．９μｍ付近と４．３μｍ付近とを含む同一の波長帯域に感度を有してよい。

【0019】

基準信号生成回路１１０は、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１及び第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１に関連する第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を生成する。ここで、関連する信号とは、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１と第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２とが同じ信号である場合を指してよく、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１と第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２とが比例した強度の信号である場合を指してもよい。基準信号生成回路１１０は、生成した第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１をＡ／Ｄコンバータ１２０に入力する。また、基準信号生成回路１１０は、系が負帰還となるように、誤差増幅器１３１の反転入力端子に第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を入力する。例えば、基準信号生成回路１１０は、バンドギャップ生成回路、抵抗分割回路等の基準信号を生成する回路により構成される。基準信号生成回路１１０は、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１及び第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を、同種の機構を有する回路により生成してもよい。なお、基準信号生成回路１１０は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２の強度を第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１の強度にトラッキングさせてもよい。

【0020】

Ａ／Ｄコンバータ１２０は、入力された第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１に基づいて、アナログ信号である第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をデジタル信号に変換する。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ１２０は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１を用いてスケーリングすることにより、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をデジタル信号に変換する。本例のＡ／Ｄコンバータ１２０は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１／第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１に比例した値をデジタル信号として出力する。ここで記号「／」は除算を表し、記号「／」の左が分子、右が分母を表すものとする。例えば、Ａ／Ｄコンバータ１２０は、ΔΣ変換回路、パイプライン型Ａ／Ｄ変換回路等の種々のＡ／Ｄ変換回路である。

【0021】

フィードバック部１３０は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２及び第２センサ信号Ｖ_Ｏ２に基づいて、光源２２０にフィードバックする。本例のフィードバック部１３０は、負帰還となるように構成される。例えば、フィードバック部１３０は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２及び第２センサ信号Ｖ_Ｏ２が比例関係等の一定の関係を有するようにフィードバックする。また、フィードバック部１３０は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２と第２センサ信号Ｖ_Ｏ２とが一致するように光源２２０の強度をフィードバック調整してよい。なお、フィードバック部１３０は、デジタルで構成されてもよい。

【0022】

誤差増幅器１３１は、非反転入力端子に入力された第２センサ信号Ｖ_Ｏ２と反転入力端子に入力された第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２との差を増幅した誤差増幅信号を生成する。誤差増幅器１３１は、生成した誤差増幅信号を光源駆動部１３２に出力する。誤差増幅器１３１は、２つの入力の差を増幅して出力するものであればどのような構成であってもよい。例えば、誤差増幅器１３１は、オペアンプ回路で構成される。

【0023】

光源駆動部１３２は、入力された誤差増幅信号に基づき、光源２２０を駆動する駆動信号を出力する。例えば、光源駆動部１３２は、ＭＯＳトランジスタを有し、ＭＯＳトランジスタのゲート端子に入力された誤差増幅信号に応じて、光源２２０に印加する電流量を制御する。なお、誤差増幅器１３１及び光源駆動部１３２は、ＧＭセルで構成してもよい。

【0024】

以上の通り、本例のガスセンサ装置５００は、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１に関連した第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２と、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２とが一致するように、フィードバック部１３０を介して光源２２０をフィードバックする。即ち、ガスセンサ装置５００は、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１と第２センサ信号Ｖ_Ｏ２とが関連した信号となるように光源２２０に印加する電流量を調整できる。

【0025】

ここで、Ａ／Ｄコンバータ１２０のデジタル出力ＳＤは、
ＳＤ＝（第１センサ信号Ｖ_Ｏ１）／（第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１）∝（第１センサ信号Ｖ_Ｏ１）／（第２センサ信号Ｖ_Ｏ２）
となる。記号「∝」は、記号「∝」の左右の値に比例関係があることを示す。

【0026】

次に、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２が第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１と同じ電圧であり、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１及び第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２が、Ａ／Ｄコンバータ１２０のフルスケール電圧Ｖ_ＦＵＬＬである場合を説明する。

【0027】

第１受光部２３０の入射光度をＩ_１、第１受光部２３０の感度をＧ_１とすると第１センサ信号Ｖ_Ｏ１は以下の（数１）式で表される。
Ｖ_Ｏ１＝Ｇ_１×Ｉ_１ ・・・（１）
第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果、デジタル出力ＳＤは、Ｖ_Ｏ１とフルスケール電圧Ｖ_ＦＵＬＬの比と等価であり（ＳＤ＝Ｖ_Ｏ１／Ｖ_ＦＵＬＬ）、（数１）式を用いると以下の（数２）式で表される。
ＳＤ＝Ｖ_Ｏ１／Ｖ_ＦＵＬＬ＝（Ｇ_１×Ｉ_１）／Ｖ_ＦＵＬＬ ・・・（２）

【0028】

一方、第２受光部２４０の入射光度をＩ_２、第２受光部２４０の感度をＧ_２とすると第２センサ信号Ｖ_Ｏ２は以下の式で表される。
Ｖ_Ｏ２＝Ｇ_２×Ｉ_２
本実施形態では、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２がフルスケール電圧Ｖ_ＦＵＬＬと等しくなるようにフィードバックがかかるので、
Ｖ_Ｏ２＝Ｖ_ＦＵＬＬ＝Ｇ_２×Ｉ_２ ・・・（３）
となり、Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果、デジタル出力ＳＤは（数２）、（数３）式より、
ＳＤ＝（Ｇ_１×Ｉ_１）／（Ｇ_２×Ｉ_２）＝（Ｇ_１／Ｇ_２）×（Ｉ_１／Ｉ_２）
となる。ここで、第１受光部２３０及び第２受光部２４０の感度Ｇ_１、Ｇ_２が定数なので、デジタル出力ＳＤは、第１受光部２３０の入射光度Ｉ_１と第２受光部２４０の入射光度Ｉ_２の比率に比例する。

【0029】

なお、ガスセンサ装置５００は、デジタル出力ＳＤを用いて測定対象ガス濃度を算出するガス濃度算出部をさらに備えてもよいし、ガスセンサ装置５００の後段にガス濃度算出部を設けてもよい。測定対象ガス濃度の算出は、以下のような演算により算出される。

【0030】

測定対象ガス濃度ｃは、ランバートベール（Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ）則により、以下のような式で表すことができる。

【数4】

（数４）式において、ガス吸収帯の入射光度Ｉ_ｇ０、ガス吸収帯の透過光度Ｉ_ｇ、吸光度係数ε、ガス路長Ｌとする。

【0031】

次に、ガス吸収帯の入射光度Ｉ_ｇ０は、吸収のない波長帯の透過光度Ｉ_ｂに比例するとし、その比例係数をαとすると、以下の式で表すことができる。

【数5】

【0032】

したがって、ガスの吸収帯の透過光量とガスの吸収のない波長帯の透過光量を用いると、測定対象ガス濃度ｃは、以下の式によって求められる。

【数6】

【0033】

ここで、測定対象ガスの吸収のない波長帯の透過光度Ｉ_ｂは、第２受光部２４０が出力する第２センサ信号Ｖ_Ｏ２に比例する。一方、測定対象ガスの吸収帯の透過光度Ｉ_ｇは、第１受光部２３０が出力する第１センサ信号Ｖ_Ｏ１に比例する。これにより、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果、デジタル出力ＳＤを用いて測定対象ガス濃度を算出できる。本例のガス濃度算出方法は、ガス濃度算出方法の一例であり、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１と第２センサ信号Ｖ_Ｏ２の比を用いて演算する方法であれば、他の方法であってよい。

【0034】

本例の第１センサ信号Ｖ_Ｏ１は、Ａ／Ｄコンバータ１２０によって変換されたデジタル出力ＳＤが、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２で第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を除した値となるように予め設定されている。即ち、本例のガスセンサ装置５００は、後段の回路で除算回路等を必要とせず、デジタル出力ＳＤによりそのままガス濃度を推定できる。したがって、本例のガスセンサ装置５００は、システム全体の低消費電流化及び小面積化を達成できる。

【0035】

なお、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１が、測定対象ガス濃度に依存したガスセンシング信号であり、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２が、ガス濃度に依存しないリファレンス信号として説明したが、両者を入れ替えてもよい。この場合、ＡＤ変換結果の分母と分子が入れ替わる。

【0036】

また、本例のガスセンサ装置５００は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡ／Ｄコンバータ１２０に入力し、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２を誤差増幅器１３１に入力したが、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を誤差増幅器１３１に入力し、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２をＡ／Ｄコンバータ１２０に入力してもよい。即ち、フィードバック部１３０は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２と一致するようにフィードバックをかける。また、Ａ／Ｄコンバータ１２０は、第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１に基づいて第２センサ信号Ｖ_Ｏ２をＡＤ変換する。この場合、ＡＤ変換結果は、Ｉｂ／Ｉｇに比例したデジタル信号となる。

【0037】

図２は、ガスセンサ装置５００のガス濃度検知方法のフローチャートの一例を示す。ガスセンサ装置５００は、ステップＳ１００〜ステップＳ１５０を実行することにより、測定対象ガス濃度を検知する。

【0038】

ステップＳ１００において、基準信号生成回路１１０は、互いに関連する第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１及び第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を生成する。ステップＳ１１０において、第２受光部２４０は、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２を取得する。ステップＳ１２０において、フィードバック部１３０は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２と第２センサ信号Ｖ_Ｏ２とに応じて光源２２０の強度をフィードバック調整する。ステップＳ１３０において、第１受光部２３０は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を取得する。ステップＳ１４０において、Ａ／Ｄコンバータ１２０は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１に基づいてＡＤ変換する。ステップＳ１５０において、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果、デジタル出力ＳＤを用いて測定対象ガス濃度を算出する。

【0039】

本例のガスセンサ装置５００は、ステップＳ１００において、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１及び第２センサ信号Ｖ_Ｏ２を同時に生成してその比を検知するので、時分割で出力を取得してその比を求めた場合と比べて、光源２２０の温度変動等の環境変動による影響を低減できる。これにより、ガスセンサ装置５００は、検知するガス濃度の精度を向上できる。なお、ガスセンサ装置５００は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１と第２センサ信号Ｖ_Ｏ２の比を算出するために、ガスセンサ回路１００を間欠動作させてもよい。

【0040】

（実施例２）
図３は、実施例２に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。以下、ガスセンサ装置５００の各構成について、特に実施例１と異なる部分について説明する。

【0041】

基準信号生成回路１１０は、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと負側フルスケール信号Ｖ_Ｌを生成する。基準信号生成回路１１０は、生成した正側フルスケール信号Ｖ_Ｈ及び負側フルスケール信号Ｖ_Ｌを、Ａ／Ｄコンバータ１２０に入力する。例えば、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈは、基準電位から予め定められた電圧分上昇した電圧信号であり、負側フルスケール信号Ｖ_Ｌは、基準電位から予め定められた電圧分降下した電圧である。本明細書において、基準電位とは、アナロググランドやコモン電圧を指す。また、基準信号生成回路１１０は、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈに関連する第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を生成する。基準信号生成回路１１０は、生成した第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を、誤差増幅器１３１の反転入力端子に入力する。

【0042】

図４は、実施例２に係る基準信号生成回路１１０の構成の一例を示す。本例の基準信号生成回路１１０は、ＶＤＤ（電源）とＧＮＤの間に、ＶＤＤ側から順に第１抵抗Ｒ_１、第２抵抗Ｒ_２及び第３抵抗Ｒ_３を直列に接続する。

【0043】

正側フルスケール信号Ｖ_Ｈは、第１抵抗Ｒ_１と第２抵抗Ｒ_２の間のノードの電位である。負側フルスケール信号Ｖ_Ｌは、第２抵抗Ｒ_２と第３抵抗Ｒ_３の間のノードの電位である。また、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２は、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと同様に、第１抵抗Ｒ_１と第２抵抗Ｒ_２の間のノードの電位である。但し、第２基準電位は、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと異なるノードの電位であってよい。第２基準電位は、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈを取得するノードの電位と関連のある電位に設定されてよい。例えば、第２基準電位は、抵抗素子の数を増やすことにより任意の大きさに調整できる。また、基準信号生成回路１１０は、トリミングできる構成であってもよい。

【0044】

図５は、実施例２に係るＡ／Ｄコンバータ１２０の構成の一例を示す。本例のＡ／Ｄコンバータ１２０は、１次のデルタシグマ型ＡＤ変換器の一例である。Ａ／Ｄコンバータ１２０は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１と正側フルスケール信号Ｖ_Ｈ又は負側フルスケール信号Ｖ_Ｌとを積分してＡＤ変換する。Ａ／Ｄコンバータ１２０は、積分回路１２１及びＡＤ変換部１２２を備える。

【0045】

積分回路１２１は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１と、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈ又は負側フルスケール信号Ｖ_Ｌとを積分する。積分回路１２１は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１を正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと積分するか、負側フルスケール信号Ｖ_Ｌと積分するかを切り替える。信号の切替は、スイッチ等の切替手段により行われる。また、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈ及び負側フルスケール信号Ｖ_Ｌのいずれと積分するかは、コモン電圧に対する比較結果に応じて切り替えられる。例えば、コモン電圧との比較は、コンパレータにより行われる。

【0046】

ＡＤ変換部１２２は、積分された信号をＡＤ変換するコンパレータ及びデジタルフィルタを有する。ＡＤ変換部１２２は、入力された正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと負側フルスケール信号Ｖ_Ｌとに基づいたスケーリング比率に応じて、アナログ信号である第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をデジタル信号に変換する。

【0047】

図６は、実施例２に係る光源駆動部１３２の構成の一例を示す。本例の光源駆動部１３２は、ＶＤＤ（電源）と光源２２０との間にＰＭＯＳトランジスタを有する。

【0048】

光源駆動部１３２は、ＰＭＯＳトランジスタのソース端子にＶＤＤを接続し、ドレイン端子に光源２２０を接続する。また、光源駆動部１３２は、ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に誤差増幅器１３１を接続する。ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子には、誤差増幅器１３１の出力が入力される。光源駆動部１３２は、誤差増幅器１３１の出力に応じて、光源２２０に印加する電流量を制御する。これにより、光源駆動部１３２は、誤差増幅器１３１の出力に応じて光源２２０に所望の強度の放射光を放射させる。

【0049】

次に、ガスセンサ装置５００の動作の一例を示す。例えば、第１受光部２３０の入射光度が０の時の第１センサ信号Ｖ_Ｏ１と第２受光部２４０の入射光度が０の時の第２センサ信号Ｖ_Ｏ２を共に、Ａ／Ｄコンバータ１２０のコモン電圧Ｖ_ＣＯＭと等しいとする。この場合、Ａ／Ｄコンバータ１２０における、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈ、負側フルスケール信号Ｖ_Ｌ及びコモン電圧Ｖ_ＣＯＭの関係は以下の式となる。
Ｖ_ＣＯＭ＝（Ｖ_Ｈ＋Ｖ_Ｌ）／２
Ｖ_Ｈ＝２×Ｖ_ＣＯＭ−Ｖ_Ｌ ・・・（７）
第１受光部２３０の入射光度をＩｇ、第１受光部２３０の感度をＧ_１とすると第１センサ信号Ｖ_Ｏ１は以下の式で表される。
Ｖ_Ｏ１＝Ｇ_１×Ｉｇ＋Ｖ_ＣＯＭ ・・・（８）

【0050】

第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果、デジタル出力ＳＤは、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１とコモン電圧Ｖ_ＣＯＭの差分と、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと負側フルスケール信号Ｖ_Ｌの差分との比と等価であり、（（Ｖ_Ｏ１−Ｖ_ＣＯＭ）／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌ））の関係が成立する。よって、この関係と（数７）、（数８）式を用いると以下の式で表される。
ＳＤ＝（Ｖ_Ｏ１−Ｖ_ＣＯＭ）／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌ）
＝（Ｇ_１×Ｉｇ）／（２×Ｖ_ＣＯＭ−２×Ｖ_Ｌ） ・・・（９）

【0051】

一方、第２受光部２４０の入射光度をＩｂ、第２受光部２４０の感度をＧ_２とすると第２センサ信号Ｖ_Ｏ２は以下の式で表される。
Ｖ_Ｏ２＝Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ
本例では、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２が正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと等しくなるようにフィードバックがかかるので下記式が成り立つ。
Ｖ_Ｏ２＝Ｖ_Ｈ＝Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ
（数７）式より、
Ｖ_Ｌ＝２×Ｖ_ＣＯＭ−Ｖ_Ｈ
＝２×Ｖ_ＣＯＭ−（Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ）
＝−Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ ・・・（１０）
デジタル出力ＳＤは（数９）式に（数１０）式を代入することで、
ＳＤ＝（Ｇ_１×Ｉｇ）／（２×Ｇ_２×Ｉｂ）＝１／２×（Ｇ_１／Ｇ_２）×（Ｉｇ／Ｉｂ） ・・・（１１）
となる。ここで、感度Ｇ_１、Ｇ_２は定数なので、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果、デジタル出力ＳＤは、第１受光部２３０の入射光度Ｉｇと第２受光部２４０の入射光度Ｉｂの比率に比例する。

【0052】

（実施例３）
図７は、実施例３に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。以下、ガスセンサ装置５００の各構成について、特に実施例２と異なる部分について説明する。本例のガスセンサ装置５００は、第１信号検出回路１４１、第２信号検出回路１４２、第１チョッパスイッチ１５１、第２チョッパスイッチ１５２、第３チョッパスイッチ１５３及び切替部１６０をさらに備える。

【0053】

第１信号検出回路１４１は、第１受光部２３０からの信号を検出して、第１検出信号Ｖ_ｄ１を生成する。第１信号検出回路１４１は、生成した第１検出信号Ｖ_ｄ１をＡ/Ｄコンバータ１２０へ出力する。

【0054】

第２信号検出回路１４２は、第１受光部２３０からの信号を検出して、第２検出信号Ｖ_ｄ２を生成する。第２信号検出回路１４２は、生成した第２検出信号Ｖ_ｄ２をＡ／コンバータへ出力する。

【0055】

第１チョッパスイッチ１５１は、第１受光部２３０と第１信号検出回路１４１との間に接続される。第１チョッパスイッチ１５１は、第１受光部２３０からの信号の極性を切り替えて、次段の第１信号検出回路１４１へ出力する。

【0056】

第２チョッパスイッチ１５２は、第２受光部２４０と第２信号検出回路１４２との間に接続される。第２チョッパスイッチ１５２は、第２受光部２４０からの信号の極性を切り替えて、次段の第２信号検出回路１４２へ出力する。

【0057】

第３チョッパスイッチ１５３は、入力された第２検出信号Ｖ_ｄ２及び第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を、誤差増幅器１３１の反転入力端子と非反転入力端子へ切り替えて出力する。第１チョッパスイッチ１５１、第２チョッパスイッチ１５２及び第３チョッパスイッチ１５３は、任意のチョッパ信号生成回路が生成した切替信号に基づいて、信号の正転及び反転を切り替える。

【0058】

切替部１６０は、基準信号生成回路１１０と第３チョッパスイッチ１５３との間に接続される。切替部１６０は、正側基準信号及び負側基準信号のいずれかを第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２として第３チョッパスイッチ１５３に出力する。

【0059】

チョッパ動作は、信号からオフセット成分を除去するための手法である。スイッチの接続が異なる２つの状態を、それぞれチョッパ正転接続及びチョッパ反転接続と称する。チョッパ正転接続は、実施例２に係るガスセンサ装置５００と同一の構成に対応する。

【0060】

チョッパ正転接続において、第１検出信号Ｖ_ｄ１及び第２検出信号Ｖ_ｄ２は、コモン電圧Ｖ_ＣＯＭよりも大きい信号となる。この場合、切替部１６０は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２として正側フルスケール信号Ｖ_Ｈを選択する。第３チョッパスイッチ１５３は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を誤差増幅器１３１の反転入力端子に入力し、第２検出信号Ｖ_ｄ２を誤差増幅器１３１の非反転入力端子に入力するように切り替える。本例では、第２検出信号Ｖ_ｄ２が正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと等しくなるように負帰還がかかる。

【0061】

チョッパ反転接続において、第１検出信号Ｖ_ｄ１及び第２検出信号Ｖ_ｄ２は、コモン電圧Ｖ_ＣＯＭよりも小さい信号となる。この場合、切替部１６０は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２として、負側フルスケール信号Ｖ_Ｌを選択する。第３チョッパスイッチ１５３は、第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を誤差増幅器１３１の非反転入力端子に入力し、第２検出信号Ｖ_ｄ２を誤差増幅器１３１の反転入力端子に入力する。本例では、第２検出信号Ｖ_ｄ２が負側フルスケール信号Ｖ_Ｌと等しくなるように負帰還がかかる。

【0062】

第１チョッパスイッチ１５１は、第１信号検出回路１４１のオフセット成分と第１受光部２３０からの第１センサ信号Ｖ_Ｏ１とを分離する。例えば、チョッパ正転接続時とチョッパ反転接続時との信号の差をとることにより、オフセット成分をキャンセルし、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１成分のみを取り出すことができる。これにより、ガスセンサ装置５００は、第１信号検出回路１４１のオフセットによるＡＤ変換結果の誤差の影響を低減できる。

【0063】

第２チョッパスイッチ１５２は、第２信号検出回路１４２のオフセット成分によるＡＤ変換結果の誤差の影響を低減する。第２信号検出回路１４２のオフセット成分は、第２チョッパスイッチ１５２及び切替部１６０が、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２の極性を基準電位に対して切り替えることにより除去される。例えば、第２信号検出回路１４２のオフセット成分により、チョッパ正転時に光源２２０の強度が大きくなり、チョッパ反転時に光源２２０の強度が小さくなる誤差を想定する。

【0064】

チョッパ正転時には、光源２２０の強度が大きくなるような誤差により、第１受光部２３０の第１センサ信号Ｖ_Ｏ１の絶対値（基準電位からの信号の大きさ）が大きくなる。即ち、第１センサ信号（＋）＝Ｖｓ１＋ΔＶとなる。ここで、Ｖｓ１は、オフセットがないときの第１センサ信号Ｖ_Ｏ１の基準電位からの絶対値とする。また、ΔＶは、オフセットによる第１センサ信号Ｖ_Ｏ１の誤差分である。

【0065】

一方、チョッパ反転時には、光源２２０の強度が小さくなるような誤差により、第１受光部２３０の第１センサ信号Ｖ_Ｏ１の絶対値（基準電位からの信号の大きさ）が小さくなる。即ち、第１センサ信号（−）＝−（Ｖｓ１−ΔＶ）となる。これにより、オフセット成分による誤差ΔＶは、チョッパ正転時の第１センサ信号Ｖ_Ｏ１とチョッパ反転時の第１センサ信号Ｖ_Ｏ１との差分により打ち消される。

【0066】

図８は、誤差増幅器１３１の構成の一例を示す。本例の誤差増幅器１３１は、第３チョッパスイッチ１５３を内部に有する。第３チョッパスイッチ１５３は、誤差増幅器１３１の入力端子側に設けられる構成ではなく、誤差増幅器１３１の内部の出力段側に設けられる構成である。これにより、第３チョッパスイッチ１５３は、誤差増幅器１３１の内部のオフセット成分も、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２から分離できる。したがって、第３チョッパスイッチ１５３を誤差増幅器１３１の内部に設けることにより、光源２２０の強度を精度良く調整でき、ＡＤ変換結果の精度も向上する。

【0067】

以上の通り、本例のガスセンサ装置５００は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１及び第２センサ信号Ｖ_Ｏ２のコモン電圧Ｖ_ＣＯＭに対する極性を切り替える。また、ガスセンサ装置５００は、それに応じた負帰還構成となるように、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと負側フルスケール信号Ｖ_Ｌの選択切り替え、及び、誤差増幅器１３１の入力に対する切り替えを行う。これにより、本例のガスセンサ装置５００は、センサ信号に含まれるオフセット成分を除去できる。次に、チョッパ動作を用いた場合の計算式について説明する。

【0068】

チョッパ正転接続時において、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果は、（数８）式と同様に、第１受光部２３０の入射光度Ｉｇと第２受光部２４０の入射光度Ｉｂの比率に比例する。

【0069】

チョッパ反転接続時において、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１は以下の式で表される。
Ｖ_Ｏ１＝−Ｇ_１×Ｉｇ＋Ｖ_ＣＯＭ ・・・（１２）
第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果は、第１センサ信号Ｖ_Ｏ１とコモン電圧Ｖ_ＣＯＭの差分と、正側フルスケール信号Ｖ_Ｈと負側フルスケール信号Ｖ_Ｌの差分との比、
（Ｖ_Ｏ１−Ｖ_ＣＯＭ）／（Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌ） ・・・（１３）
と等価であり、（数１２）、（数１３）式を用いると以下の式で表される。
−（Ｇ_１×Ｉｇ）／（−２×Ｖ_ＣＯＭ＋２×Ｖ_Ｈ） ・・・（１４）

【0070】

一方、第２受光部２４０の入射光度をＩｂ、第２受光部２４０の感度をＧ_２とすると第２センサ信号Ｖ_Ｏ２は以下の式で表される。
Ｖ_Ｏ２＝−Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ
本発明では第２センサ信号Ｖ_Ｏ２が負側フルスケール信号Ｖ_Ｌと等しくなるようにフィードバックがかかるので、
Ｖ_Ｏ２＝Ｖ_Ｌ＝−Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ
（数１０）式より、
２×Ｖ_ＣＯＭ−Ｖ_Ｈ＝−Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ
Ｖ_Ｈ＝Ｇ_２×Ｉｂ＋Ｖ_ＣＯＭ ・・・（１５）
第１センサ信号Ｖ_Ｏ１をＡＤ変換した結果は（数１４）式に（数１５）式を代入することで、
−（Ｇ_１×Ｉｇ）／（２×Ｇ_２×Ｉｂ）
＝−１／２×（Ｇ_１／Ｇ_２）×（Ｉｇ／Ｉｂ） ・・・（１６）
となり、第１受光部２３０の入射光度Ｉｇと第２受光部２４０の入射光度Ｉｂの比率に比例する。

【0071】

チョッパ復調後の信号は（数１１）式と（数１６）式の差分で、
（Ｇ_１／Ｇ_２）×（Ｉｇ／Ｉｂ）
となり、第１受光部２３０の入射光度Ｉｇと第２受光部２４０の入射光度Ｉｂの比率に比例する。

【0072】

（実施例４）
図９は、実施例４に係るガスセンサ装置５００の一例を示す構成図である。以下、ガスセンサ装置５００の各構成について、特に実施例２と異なる部分について説明する。本例の第１受光部２３０及び第２受光部２４０は、受光した光の強度に応じて電流信号を出力する。

【0073】

Ｉ／Ｖ変換回路１７０は、第１受光部２３０及び第２受光部２４０が出力した電流信号を第１検出電圧及び第２検出電圧にそれぞれ変換する。Ｉ／Ｖ変換回路１７０は、第１検出電圧をＡ/Ｄコンバータ１２０に出力し、第２検出電圧を誤差増幅器１３１に出力する。Ｉ／Ｖ変換回路１７０は、第１受光部２３０及び第２受光部２４０に対してそれぞれ別々の構成で設けられてよい。

【0074】

基準信号生成回路１１０は、正側フルスケール電圧及び負側フルスケール電圧を生成する。基準信号生成回路１１０は、生成した正側フルスケール電圧及び負側フルスケール電圧をＡ/Ｄコンバータ１２０に出力する。また、基準信号生成回路１１０は、第２基準電位を誤差増幅器１３１に出力する。

【0075】

図１０は、Ｉ／Ｖ変換回路１７０の構成の一例を示す。Ｉ／Ｖ変換回路１７０は、オペアンプ１７１及び抵抗素子１７２を備える。オペアンプ１７１は、入力信号である入力電流が非反転入力端子に入力され、コモン電圧Ｖ_ｃｏｍが反転入力端子に入力される。抵抗素子１７２は、オペアンプ１７１の非反転入力端子と出力端子との間に接続される。これにより、Ｉ／Ｖ変換回路１７０は、入力電流を電圧に変換して出力する。

【0076】

（実施例５）
図１１は、実施例５に係るガスセンサ装置５００の構成の一例を示す。以下、ガスセンサ装置５００の各構成について、特に実施例２と異なる部分について説明する。本例のガスセンサ２００は、第１基板２５１及び第２基板２５２をさらに備える。

【0077】

第１基板２５１は、第１主面と該第１主面の裏側の第２主面とを備える。第１基板２５１の第１主面上には、第１受光部２３０が形成される。第１基板２５１は、任意の材料で形成される。例えば、第１基板２５１及び第２基板２５２は、光源２２０の波長帯域に応じた材料で形成される。例えばＳｉ、ＧａＡｓ、サファイヤ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ等が挙げられるがこの限りではない。なお、第１基板２５１の材料は、測定感度向上の観点から、光源２２０から出力される光の透過性が高いことが好ましい。

【0078】

第２基板２５２は、第１主面と該第１主面の裏側の第２主面とを備える。第２基板２５２の第１主面上には、光源２２０及び第２受光部２４０が形成される。第１基板２５１及び第２基板２５２は、第１基板２５１の第２主面と第２基板２５２の第２主面とが対向するように配置される。第２基板２５２は、第１基板２５１と同一の材料で形成されても、異なる材料で形成されてもよい。但し、第２基板２５２は、光源２２０と第２受光部２４０とを電気的に絶縁させる観点から、半絶縁性基板を利用することが好ましい。第２基板２５２の材料は、半絶縁性基板が作製可能であり、大口径化が可能である観点から、ＧａＡｓ基板が特に好ましい。また、第２基板２５２の材料は、光源２２０の出力変動を高精度に補償する観点から、第２主面において光源２２０から出力された光が効率的に反射する材料であることが好ましい。

【0079】

本例のガスセンサ装置５００は、光源２２０から出力された光のうち、第２基板２５２の第２主面で反射した光が入射する位置に第２受光部２４０を配置している。また、ガスセンサ装置５００は、光源２２０から出力された光のうち、第１基板２５１及び第２基板２５２の第２主面を透過した光が入射する位置に第１受光部２３０を配置している。

【0080】

また、本例のガスセンサ装置５００では、光源２２０から第２受光部２４０に至る光路が基板内部にあり、該光路中に光学フィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）やガスセル２１０内の空間が存在しない。これにより、該光路中にバンドパスフィルタやガスセル内の空間が存在する場合と比べて、ガスセンサ装置５００の使用環境によらず、該光路での光の減衰を抑えることができ、第２受光部２４０が検出する信号のＳ／Ｎ比の低下を抑えることができる。これにより測定誤差を小さくすることができ、簡易かつ小型で信頼性の高いガスセンサ装置５００を提供できる。

【0081】

（実施例６）
図１２は、実施例６に係るガスセンサ装置５００一例を示す構成図である。以下、特に実施例１と異なる構成について説明する。本例のフィードバック部１３０は、デジタル信号処理部１３３及びＤ／Ａコンバータ１３４をさらに備える。本例のフィードバック部１３０は、誤差増幅器１３１に替えて比較器１３５を備える。

【0082】

比較器１３５は、入力された第２センサ信号Ｖ_Ｏ２と第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２とを比較して、２値化したデジタル信号を生成する。比較器１３５は、生成したデジタル信号をデジタル信号処理部１３３に入力する。

【0083】

デジタル信号処理部１３３は、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２が第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２と等しくなるように負帰還がかかる信号処理を行う。デジタル信号処理部１３３は、信号処理したデジタル信号をＤ／Ａコンバータ１３４に出力する。

【0084】

Ｄ／Ａコンバータ１３４は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。Ｄ／Ａコンバータ１３４は、変換したアナログ信号を光源駆動部１３２に入力する。

【0085】

ここで、デジタル信号処理部１３３が比較器１３５の出力のＮ回のサンプリングのうち、Ｈｉｇｈの回数Ｍをカウンタ等で数える方式に関する動作を説明する。

【0086】

光源２２０の強度が所望の強度より強い場合、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２が第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２より大きくなる。これにより、比較器１３５の出力がＨｉｇｈとなり、回数Ｍが大きくなる。そして、回数Ｍが大きくなるとＤ／Ａコンバータ１３４の出力電圧が大きくなり、光源駆動部１３２の出力する駆動信号が小さくなる。

【0087】

一方、光源２２０の強度が所望の強度より弱い場合、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２は第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２より小さくなる。これにより、比較器１３５の出力はＬｏｗとなり、回数Ｍが小さくなる。そして、回数Ｍが小さくなるとＤ／Ａコンバータ１３４の出力電圧が小さくなり、光源駆動部１３２が出力する駆動信号が大きくなる。

【0088】

つまり、デジタル信号処理部１３３は、負帰還がかかるようにデジタル信号を処理するので、第２センサ信号Ｖ_Ｏ２が第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２と等しくなる。よって、ガスセンサ装置５００の動作としては、実施例１の場合と同様に動作する。

【0089】

以上の通り、本明細書に開示したガスセンサ装置５００は、互いに関連する第１基準信号Ｖ_ｒｅｆ１及び第２基準信号Ｖ_ｒｅｆ２を用いる。したがって、ガスセンサ装置５００は、後段に除算回路等を設ける必要がなく、システム全体の低消費電流化及び小面積化を達成できる。

【0090】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0091】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0092】

１００・・・ガスセンサ回路、１１０・・・基準信号生成回路、１２０・・・Ａ／Ｄコンバータ、１２１・・・積分回路、１２２・・・ＡＤ変換部、１３０・・・フィードバック部、１３１・・・誤差増幅器、１３２・・・光源駆動部、１３３・・・デジタル信号処理部、１３４・・・Ｄ／Ａコンバータ、１３５・・・比較器、１４１・・・第１信号検出回路、１４２・・・第２信号検出回路、１５１・・・第１チョッパスイッチ、１５２・・・第２チョッパスイッチ、１５３・・・第３チョッパスイッチ、１６０・・・切替部、１７０・・・Ｉ／Ｖ変換回路、１７１・・・オペアンプ、１７２・・・抵抗素子、２００・・・ガスセンサ、２１０・・・ガスセル、２２０・・・光源、２３０・・・第１受光部、２３５・・・第１光学フィルタ、２４０・・・第２受光部、２４５・・・第２光学フィルタ、２５１・・・第１基板、２５２・・・第２基板、５００・・・ガスセンサ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】