特開 2024-16805 ガス検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016805

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】ガス検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/61 20060101AFI20240131BHJP

【ＦＩ】

G01N21/61

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102731

(22)【出願日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】P 2022119041

(32)【優先日】2022-07-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【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】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165951

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 憲悟

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】一色 翔太

(72)【発明者】

【氏名】桑田 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】池田 優二

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB01

2G059CC04

2G059CC05

2G059CC09

2G059CC13

2G059CC15

2G059EE01

2G059GG01

2G059GG02

2G059JJ14

2G059KK01

(57)【要約】

【課題】小型で精度よく測定できるガス検出装置が提供される。
【解決手段】ガス検出装置は、発光部（１）と、受光部（２）と、反射面が二次曲面であって、発光部から出射された光を反射する第１のミラー（３）と、反射面が二次曲面であって、第１のミラーで反射された光を第１のミラーに対して反射する第２のミラー（４）と、を備え、第１のミラーの二次曲面と第２のミラーの二次曲面とは凸部が同じ方向を向いており、第１のミラーは、第２のミラーで反射された光を受光部に対して反射し、発光部及び受光部が搭載された基板の１つの面を基準面として、第１のミラー及び第２のミラーは基準面より高い位置に設けられ、それぞれの高さが異なる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光部と、
受光部と、
反射面が二次曲面であって、前記発光部から出射された光を反射する第１のミラーと、
反射面が二次曲面であって、前記第１のミラーで反射された光を前記第１のミラーに対して反射する第２のミラーと、を備え、
前記第１のミラーの二次曲面と前記第２のミラーの二次曲面とは凸部が同じ方向を向いており、
前記第１のミラーは、前記第２のミラーで反射された光を前記受光部に対して反射し、
前記発光部及び前記受光部が搭載された基板の１つの面を基準面として、前記第１のミラー及び前記第２のミラーは前記基準面より高い位置に設けられ、それぞれの高さが異なる、ガス検出装置。

【請求項2】

前記第１のミラーの前記反射面及び前記第２のミラーの前記反射面は、それぞれ楕円体の一部の形状を有する、請求項１に記載のガス検出装置。

【請求項3】

前記第１のミラーの前記反射面は第１の球の一部の形状を有し、前記第２のミラーの前記反射面は前記第１の球と同心球である第２の球の一部の形状を有する、請求項２に記載のガス検出装置。

【請求項4】

前記第１の球の半径は前記第２の球の半径の２倍である、請求項３に記載のガス検出装置。

【請求項5】

前記発光部及び前記受光部について、前記発光部と前記受光部との中間位置の方向を内側とし、前記内側の反対方向を外側として、
前記第１のミラーは前記発光部の外側から前記受光部の外側まで延び、前記第２のミラーは前記発光部の内側から前記受光部の内側まで延びている、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項6】

前記発光部と前記受光部の組を複数含んで構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項7】

前記第１のミラーの前記反射面と前記第２のミラーの前記反射面との間に配置されて、前記第１のミラー及び前記第２のミラーの一方から他方へ光を反射する平面ミラーをさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項8】

前記第２のミラーの下部に、前記発光部及び前記受光部の少なくとも一方を制御する制御部をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項9】

前記第１のミラー又は前記第２のミラーが波長選択型の反射フィルタを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項10】

前記第１のミラーはガスポートとして用いられる隙間を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項11】

前記発光部の中心から前記第１のミラーの前記発光部に一番近い端部との角度をθａ_１とすると、前記θａ_１が６５度以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のガス検出装置。

【請求項12】

前記θａ_１が５０度以下である、請求項１１に記載のガス検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示はガス検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスを検出するガス検出装置が様々な分野で利用されている。例えば特許文献１は、第一基板及び第二基板と光反射部との間の空間に気体を導入し、被検出ガスの影響を受けた光をセンサ部で検出することによって被検出ガスの存在を検出する、部品点数を削減して小型化を図ったガスセンサを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６６２６２８１号公報

【特許文献2】特開２０１６－０５４２３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、図６及び図７は、楕円体ミラー１０３を有するガス検出装置（ガスセンサ）において結像した像がぼける（収差が大きくなる）問題を説明するための図である。図６のガス検出装置は、従来の構成の１つであって、内面が２つの楕円体を結合したミラー１０３である導光部材１０６を備える。また、光源（発光部１０１）と、受光部１０２と、平面ミラー１０４とは封止部材１０５で封止され、導光部材１０６も封止部材１０５に接着されている。発光部１０１から出射された光は、楕円体ミラー１０３で反射し、平面ミラー１０４で反射した後に、再び楕円体ミラー１０３で反射して受光部１０２に達する。このような構成のガス検出装置において、発光部の面積が大きい場合は受光部１０２上での収差が増大する。図７に示すように、収差が大きい（像がぼけると）とスポット１０９のサイズが受光部１０２の受光面のサイズを超えることがあり（図７の右図）、精度の劣化が生じるという問題がある。そのため、スポット１０９が受光面におさまって（図７の左図）高精度に検出できるように、ガス検出装置の新たな構成が求められていた。

【0005】

例えば特許文献２は、収差を抑制する構成であるオフナー光学系を用いたデバイス製造装置を開示する。しかし、大型のデバイス製造装置の構成を小型化されたガス検出装置にそのまま採用することはできない。

【0006】

かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、小型で精度よく測定できるガス検出装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一実施形態に係るガス検出装置は、
発光部と、
受光部と、
反射面が二次曲面であって、前記発光部から出射された光を反射する第１のミラーと、
反射面が二次曲面であって、前記第１のミラーで反射された光を前記第１のミラーに対して反射する第２のミラーと、を備え、
前記第１のミラーの二次曲面と前記第２のミラーの二次曲面とは凸部が同じ方向を向いており、
前記第１のミラーは、前記第２のミラーで反射された光を前記受光部に対して反射し、
前記発光部及び前記受光部が搭載された基板の１つの面を基準面として、前記第１のミラー及び前記第２のミラーは前記基準面より高い位置に設けられ、それぞれの高さが異なる。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、小型で精度よく測定できるガス検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、図１のガス検出装置の構成要素の配置例及び形状例を説明するための図である。

【図3】図３は、発光部と受光部の組を複数備えるガス検出装置の構成例を示す図である。

【図4】図４は、本開示の一実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す図である。

【図5】図５は、発光部と受光部の組の配置を説明するための図である。

【図6】図６は、楕円体ミラーを有するガス検出装置において結像した像がぼける問題を説明するための図である。

【図7】図７は、楕円体ミラーを有するガス検出装置において結像した像がぼける問題を説明するための図である。

【図8】図８は、ガス検出装置の別の形状例を示す図である。

【図9】図９は、本開示の一実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す図である。

【図10】図１０は、発光部と受光部の組の配置を説明するための図である。

【図11】図１１は、受動素子を含む構成を例示する図である。

【図12】図１２は、反射面を球とみなせる場合を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本開示の実施形態に係るガス検出装置が説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

【0011】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るガス検出装置の構成を示す図である。ガス検出装置は、気体中の被検出ガスの濃度測定を行う装置である。本実施形態において、ガス検出装置は導入した気体を透過した赤外線に基づいて被検出ガスの濃度を測定するＮＤＩＲ（Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ＩｎｆｒａＲｅｄ）方式の装置である。被検出ガスは、例えば二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素、一酸化窒素、アンモニア、二酸化硫黄、アルコール、ホルムアルデヒド、メタン、プロパン、代替フロンなどであり得る。ガス検出装置は、一例として縦×横×高さが３０ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍの小型の装置であって、ガスセンサとも称される。ここで、図面は模式的なものである。例えば図面における縦、横及び高さの関係などは現実のものと異なる。

【0012】

ガス検出装置は、発光部１と、受光部２と、発光部１からの光を受光部２に導く導光部として第１のミラー３及び第２のミラー４と、を備える。ガス検出装置は、少なくとも発光部１及び受光部２を封止する封止部材５をさらに備えてよい。また、ガス検出装置は、付加的に発光部１及び受光部２の少なくとも一方を制御する制御部を備えてよい。ここで、発光部１の発光面及び受光部２の受光面は、ガス検出装置の内部の空間（検知空間）に接している。ガス検出装置は、検知空間に対して気体を導入及び排出するガスポートも備えている。

【0013】

第１のミラー３の反射面は二次曲面であり、第２のミラー４の反射面も二次曲面である。ここで二次曲面とは球面と回転楕円体であってよい。第１のミラー３の二次曲面と第２のミラー４の二次曲面とは凸部が同じ方向を向いている。図１の例では、第１のミラー３の二次曲面の凸部が上を向いており、第２のミラー４の二次曲面の凸部も上を向いている。ここで、同じ方向を向くとは、完全に同じ向きである場合に限定されず、第１のミラー３と第２のミラー４との間で光が反射されるのであれば、二次曲面の凸部の向きに少しのずれがある場合も含む。ここで「上」とは、封止部材５から見た際に、導光部材６の方向のことである。また、「上」とは、発光部１又は受光部２が水平な発光面又は受光面を有するときに、発光面又は受光面と垂直な方向でかつミラーのある方向としても定められる。本実施形態において、ガス検出装置は導光部材６を備える。図１に示すように、導光部材６の内面に第１のミラー３が設けられており、導光部材６は、封止部材５によって、発光部１及び受光部２を覆うように固定される。本実施形態において、反射部４ａと、反射部４ａを支持する支持部４ｂと、を含む部材の表面に、第２のミラー４が設けられる。支持部４ｂは、上部で反射部４ａと接続されており、下部で封止部材５によって固定されている。ここで、図１の例では、横方向（高さ方向に垂直な方向）において支持部４ｂの長さ（幅）が反射部４ａに比べて短くなっているが、このような形状に限定されるものでない。別の例として、支持部４ｂの幅は反射部４ａと同じ（図４参照）であってよい。また、第２のミラー４は、例えば支持部４ｂが無い部材に設けられてよい。つまり、第２のミラー４は、封止部材５の上に直接的に設置される反射部４ａの表面に設けられてよい。

【0014】

以下に、本実施形態に係るガス検出装置の構成部材の詳細が説明される。

【0015】

＜発光部＞
発光部１は、被検出ガスの検出に用いられる光を発する部品である。発光部１は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光を出力するものであれば特に制限されない。本実施形態において、発光部１が発する光は赤外線であるが、これに限定されない。

【0016】

発光部１は発光素子を含んで構成される。本実施形態において、発光素子はＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）である。別の例として、発光素子はランプ、レーザー（Ｌｉｇｈｔ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）、有機発光素子又はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ヒーターなどであり得る。また、発光部１は発光素子だけでなく、発光素子で発した光を受けて受動的に光を発する受動素子を含んで構成されてよい（図１１参照）。受動素子は例えば反射鏡、光学フィルタ、蛍光体、光学像、光ファイバ、光導波路、レンズ、回折格子などである。小型化の観点から、発光部１は半導体発光素子（一例としてＬＥＤ）を含むことが好ましい。また、発光素子は平面状である面光源であることが好ましい。ここで発光面とは素子の発光部１において被検出ガスと触れ合う面でかつ光学的な透過性を持つ材料でできている面である。

【0017】

＜受光部＞
受光部２は、検知空間に導入された気体を透過した光を受け取る部品である。受光部２は、被検出ガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有するものであれば特に制限されない。本実施形態において、受光部２が受け取る光は赤外線であるが、これに限定されない。

【0018】

受光部２は受光素子を含んで構成される。本実施形態において、受光素子はフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。別の例として、受光素子はフォトトランジスタ、サーモパイル、焦電センサ、ボロメータ又は光音響式検出器などであり得る。また、受光部２は受光素子だけでなく、受光素子に光を導く間接素子を含んで構成されてよい。間接素子は例えば反射鏡、光学フィルタ、蛍光体、レンズ、回折格子、光ファイバ、光導波路などである。小型化の観点から、受光部２は半導体受光素子（一例としてフォトダイオード）を含むことが好ましい。ここで受光面とは素子の受光部２において被検出ガスと触れ合う面でかつ光学的な透過性を持つ材料でできている面である。

【0019】

＜導光部＞
導光部は発光部１から出射された光を受光部２に導く部材であり、ガス検出装置の光学系である。上記のように、導光部は反射面を二次曲面とする第１のミラー３及び第２のミラー４を含む。本実施形態において、導光部材６の内面に第１のミラー３が設けられ、第１のミラー３の反射面と第２のミラー４の反射面とが少なくとも一部において対向している。第１のミラー３は発光部１から出射された光を反射する。第２のミラー４は、第１のミラー３で反射された光を第１のミラー３に対して反射する。また、第１のミラー３は、第２のミラー４で反射された光を受光部２に対して反射する。ここで、図１の例において、第２のミラー４は、第１のミラー３で反射された光を第１のミラー３に対して１回だけ反射しているが、複数回の反射が行われてよい。発光部１からの光は、第１のミラー３で反射されて、第２のミラー４で少なくとも１回反射されてから、第１のミラー３で反射されて受光部２に到達する。また、第１のミラー３が「発光部１から出射された光を反射する」とは、直接的に発光部１から出射された光が第１のミラー３に達する場合だけでなく、例えば別の反射鏡などを介して発光部１から出射された光が第１のミラー３に達する場合を含む。同様に、第２のミラー４で反射された光を「受光部２に対して反射する」とは、直接的に第２のミラー４で反射された光が受光部２に達する場合だけでなく、例えば別の反射鏡などを介して第２のミラー４で反射された光が受光部２に達する場合を含む。

【0020】

導光部は、第１のミラー３及び第２のミラー４の他に、補助的に反射鏡、レンズ、回折格子、光学フィルタなどをさらに備えてよい。例えば第１のミラー３若しくは第２のミラー４が波長選択型の反射フィルタを備えてよい。第１のミラー３又は第２のミラー４に波長選択型の反射フィルタを備える場合、発光部１又は受光部２に波長選択のための光学フィルタを備える必要がなくなる。これにより発光部１から第１のミラー３の光学距離と第１のミラー３から受光部２の光学的距離を等しくできるためより収差を抑制することができる。また、波長選択しつつ収差をより小さくするために、第２のミラー４が回折格子を備えてよい。

【0021】

ここで、第１のミラー３及び第２のミラー４を構成する材料は、例えば金属、ガラス、セラミックス、ステンレスなどであってよいが、この限りではない。検出感度向上の観点から、これらの反射面を構成する材料は、光の吸収係数が小さく反射率が高い材料で構成されることが好ましい。具体的には、アルミニウム、金、銀を含む合金、誘電体又はこれらの積層体のコーティングが施された樹脂筐体が好ましい。樹脂筐体の材料として、例えばＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＣ（ポリカーボネート）又はＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）、ＰＡＲ（ポリアリレート樹脂）など、及び、これらの２つ以上を混合した硬質樹脂などがあげられる。また、信頼性及び経時変化の観点から金又は金を含む合金層でコーティングされた樹脂筐体が好ましい。さらに、反射率を高めるために金属層の表面に誘電体積層膜を形成することが好ましい。導光部材６が樹脂筐体であって、内面に第１のミラー３が金属の蒸着又はめっきによって形成される場合、全体が金属材料で形成される場合と比較して、高生産性と軽量化の向上を図ることができる。さらに、封止部材５が樹脂である場合に、封止部材５との熱膨張係数差が小さくなり、熱変形を抑制し、感度の変動を抑えることができる。同様に、支持部４ｂ及び反射部４ａが樹脂筐体であって、反射部４ａの表面において第２のミラー４が金属の蒸着又はめっきによって形成される場合に、高生産性と軽量化の向上を図ることができ、熱変形を抑制し、感度の変動を抑えることが可能になる。また、金属板のプレス加工にて導光部材６を作製する場合、生産性と信頼性の向上を図ることができる。金属板として、例えばアルミニウム、金、銀を含む合金、又はこれらの材料に誘電体単層膜若しくは誘電体積層のコーティングが施されたものがあげられる。

【0022】

＜封止部材＞
封止部材５は、発光部１及び受光部２を封止して保持する部材である。また、封止部材５は導光部を保持する。本実施形態において、導光部材６及び支持部４ｂが封止部材５によって保持される。ここで、保持とは、外力に対して各部材の相対的な位置関係を維持することを意味する。保持の形態は、特に制限されない。ガス検出装置が制御部を備える場合に、封止部材５は、さらに制御部を封止し、保持してよい。

【0023】

封止部材５は、発光部１、受光部２及び導光部を保持することができれば、特定の部材に限定されない。本実施形態において、封止部材５は樹脂パッケージである。本実施形態において、樹脂パッケージの内部にリードフレームが含まれており、発光部１及び受光部２はワイヤーなどによってリードフレームと電気的に接続されている。ガス検出装置が制御部を備える場合に、リードフレームを介して、発光部１、受光部２及び制御部が電気的に接続されてよい。別の例として、封止部材５は、半導体基板、プリント基板又はセラミックパッケージなどであってよい。例えば封止部材５が半導体基板である場合に、発光部１と受光部２が半導体基板上に形成されていてよい。例えば封止部材５がプリント基板である場合に、発光部１と受光部２がはんだによって電気的かつ機械的に接合されていてよい。また、導光部は、接着剤、ネジ、ツメ、はめ合い、グロメット又は溶着などによって封止部材５に対して機械的に保持される。封止部材５はガス検出装置の外部装置と電気的な接続を行うための接続端子を有してよい。

【0024】

＜制御部＞
制御部は、発光部１及び受光部２の少なくとも一方を制御する部材である。制御部は、受光部２から出力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換する、アナログ－デジタル変換回路を有してよい。さらに、制御部は変換されたデジタル電気信号に基づいて被検出ガスの濃度を演算する演算部を有してよい。制御部は、ガス検出装置に含まれてよいし、ガス検出装置と電気的に接続される外部装置として設けられてよい。

【0025】

制御部は、読み込むプログラムに応じた機能を実行する汎用のプロセッサ及び特定の処理に特化した専用のプロセッサの少なくとも１つを有してよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ；Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）を含んでよい。制御部は、第２のミラー４の下部にあってよい。制御部は、第２のミラー４の下部にある場合、第２のミラー４が電磁シールドとして機能し、制御部から出力される電気信号のノイズが小さくなる。ここで、第２のミラー４の下部とは、高さ方向において第２のミラー４より低い位置にあり、横方向において第２のミラー４の反射部４ａの範囲内であることをいう。

【0026】

（構成の詳細）
図２は、図１のガス検出装置の構成要素の配置及び形状を説明するための図である。ただし、発光部１、受光部２、第１のミラー３及び第２のミラー４以外の構成要素については、図示を省略している。

【0027】

本実施形態に係るガス検出装置は、上記のように、どちらの反射面も二次曲面である第１のミラー３及び第２のミラー４を含む。まず、第１のミラー３及び第２のミラー４が設けられる高さ方向の位置について説明する。第１のミラー３及び第２のミラー４は基準面より高い位置に設けられ、それぞれの高さが異なる。ここで、受光部２及び発光部１が搭載された基板の１つの面を基準面として、各ミラーの高さは、各ミラーにおける基準面から垂直方向に最も離れた反射面内の点と基準面との距離で定義される。本実施形態に係るガス検出装置は、基準面の側（受光部２及び発光部１と同じ側）に、第１のミラー３及び第２のミラー４も設けられる構成を有する。ただし、補助的な受動素子が存在する場合に（例えば図８参照）は、補助的な受動素子の光線通過部を含み、上記の基板の１つの面に平行な仮想面を基準面としてよく、補助的な受動素子の光線通過部を含み受光部又は発光部と光学的に共役な面を基準面としてよい。

【0028】

第１のミラー３及び第２のミラー４は、発光部１及び受光部２から高さ方向に離れており、いわゆる浮いた状態となっている。そのため、第１のミラー３及び第２のミラー４は、発光部１及び受光部２からの熱の影響を受けにくく、特性変動が起きづらい。また、検知空間に導入された気体に含まれる埃が、検知空間の底部、すなわち封止部材５にたまることがあり得る。第１のミラー３及び第２のミラー４は、いわゆる浮いた状態となっているため、埃がたまりにくい。発光部１、受光部２、制御部などが配置される封止部材５は平面形状部分を多く含むので、多くの場合、封止部材５が重力に対して下方になる。すなわち、ガス検知装置の上の方向と重力加速度方向がなす角度は９０°～１８０°となる。

【0029】

次に、幅方向（横方向）において第１のミラー３及び第２のミラー４が延びる範囲について説明する。発光部１及び受光部２について、発光部１と受光部２との中間位置の方向を内側とし、内側の反対方向を外側として、第１のミラー３は発光部１の外側から受光部２の外側まで延びる。図２に示すように、発光部１の外側の端部と、第１のミラー３の発光部１に一番近い端部との幅方向の距離をａ_１とする場合に、ａ_１はゼロ以上である。また、受光部２の外側の端部と、第１のミラー３の受光部２に一番近い端部との幅方向の距離をａ_２とする場合に、ａ_２はゼロ以上である。つまり、幅方向において、第１のミラー３は発光部１及び受光部２を完全に覆うように設けられる。またａ_１の長さによって光源から出射される光のうちガス検出に用いる光量の度合いが調整できる。ガス検出に用いる光量が多ければ多いほどガス検出器のＳＮＲは高くなるため、できるだけ多くの光をガス検出に用いることがガス検出装置には求められる。しかし、導光部内のミラー又は支持部４ｂの構造との干渉によって、発光部１から出射される光の全てをガス検出に用いることは困難である。また光源から出射される光のうち発光面に対する法線を基準として高角度方向に出射される光は導光部を通過した後に、低角度方向に出射される光に比べ、収差の影響を受けやすい。そのため、発光部１から出射される光の全てをガス検出に用いることは困難である。発光部１の中心から第１のミラー３の発光部１に一番近い端部との角度をθａ_１とすると、θａ_１は６５度以下が望ましい。収差の影響を小さくする場合は５０度以下がより好ましい。

【0030】

また同様に受光部２の中心から第１のミラー３の受光部２に一番近い端部との角度をθａ_２とすると、θａ_２は６５度以下が望ましい。上記と同様に収差の影響を小さくする場合は５０度以下がより好ましい。

【0031】

これに対して、図２に示すように、発光部１の中心から、第２のミラー４の発光部１に一番近い端部との角度をθｂ_１とする場合に、θｂ_１はゼロ以上である。また、受光部２の中心から、第２のミラー４の受光部２に一番近い端部との角度をθｂ_２とする場合に、θｂ_２はゼロ以上である。θｂ_１とθｂ_２の角度はθａ_１とθａ_２と同様の理由から６５度以下が望ましい。発光部１の中心とは、発光面の重心であってよい。同様に受光部２の中心とは、受光面の重心であってよい。第２のミラー４は、発光部１から出射されて第１のミラー３に達する光及び第１のミラー３で反射して受光部２に達する光を遮らないように設けられる。つまり、幅方向において、第２のミラー４は発光部１及び受光部２を覆うことがないように設けられる。

【0032】

ここで、発光部１から出射された光が受光部２に到達可能であれば、第１のミラー３は複数に分離されてよい。つまり、第１のミラー３は連続した１つのミラーであってよいし、図２のようにすきまを有するミラー３ａ及びミラー３ｂで構成されてよい。ここで、第１のミラー３が複数に分離されている場合に、分離されたミラーの総数は２つに限定されず、３つ以上であってよい。

【0033】

図２のように第１のミラー３が隙間を有するミラー３ａ及びミラー３ｂで構成される場合、この隙間をガスポートとして用いてよい。ガスポートは導光部内に被検出ガスを導入する、又は導光部内から被検出ガスを導出するためのポートである。またガスポートに防塵フィルタ９を取り付け、導光部内に塵、埃が侵入することを防ぐことが好ましい。

【0034】

上記のように、例えば図６のような従来構成のガス検出装置では収差が大きくなることがある。本実施形態に係るガス検出装置では、第１のミラー３及び第２のミラー４の反射面がどちらも二次曲面であるため、収差が大きくなることを抑制して、受光部１０２の受光面内で像が結ばれるようにすることができる。また、本実施形態に係るガス検出装置では、二次曲面の曲率、第１のミラー３と第２のミラー４との間隔などを適切に定めることによって小型化が可能である。例えば図８のように発光部１と第１のミラー３の間と、受光部２と第１のミラー３の間に平面ミラー１７の組合せを配置すると低背化が実現できる。また例えば低背化の観点から、第１のミラー３と第２のミラー４との間隔は、一例として発光部１の幅の２倍より小さくすることが好ましい。このような構成によって、本実施形態に係るガス検出装置は小型で精度のよい測定が可能である。

【0035】

ここで、二次曲面の具体例として楕円体の形状が用いられてよい。つまり、第１のミラー３の反射面及び第２のミラー４の反射面は、それぞれ楕円体の一部の形状を有してよい。また、二次曲面の具体例として球の形状が用いられてよい。また、図１２に示すように、反射面と比較する理想的な球面Ｓを仮定すると、下記の式（１）で定められるＩ_ｅｒｒが０．１以下である場合に反射面が球であるとみなしてよい。収差の影響を小さくする場合はＩ_ｅｒｒが０．０１以下であることが好ましい。ここでΩは、点Ｐから反射面が張る立体角である。θ及びφはこのΩの範囲内の変数である。また、サグ量差（球面からのずれを光軸に対して平行に測定した距離）がＩ_ｅｒｒとされてよい。

【0036】

【数1】

【0037】

例えば第１のミラー３の反射面が第１の球の一部の形状を有し、第２のミラー４の反射面が第１の球と同心球である第２の球の一部の形状を有してよい。さらに、第１の球の半径は第２の球の半径の２倍であってよい。図２において、同心球の中心をｐとして、ｐから第１のミラー３までの距離であるｒ_ｅが第１の球の半径に対応する。また、ｐから第２のミラー４までの距離であるｒ_ｉが第２の球の半径に対応する。第１の球の半径が第２の球の半径の２倍である場合に、導光部がオフナー光学系となって収差がさらに抑制されるため、ガス検出装置はさらに精度よく測定可能である。図中では第１のミラー３と第２のミラー４を球として説明したが、球の焦点（中心点）が２点に分離した場合が回転楕円体であるため、上記の説明を回転楕円体に一般化できる。

【0038】

また、図３に示すように、ガス検出装置は発光部１と受光部２の組を複数含んで構成されてよい。第２のミラー４の反射面が例えば球である場合に、第２のミラー４の反射面を封止部材５に投影した仮想円ｃの中心を中点とするように、発光部１と受光部２の組が配置される。図３の例のガス検出装置では、発光部１ａと受光部２ａの組と、発光部１ｂと受光部２ｂの組と、を備えている。例えば受光部２ａと受光部２ｂの感度を有する波長帯域を異ならせることによって、２つの異なる種類の被検出ガスを同時に検出することが可能である。また導光部の一部を共有することによりミラー反射率の変化を発光部１と受光部２のそれぞれの組合せで検出することができ、信号処理でミラー反射率の変化の影響を取り除くことができる。つまり、複数種類のガスを検出できる小型で高精度なガスセンサを実現することができる。ここで、図３の例において発光部１と受光部２の組は２つ（２組）であるが、２組に限定されず、３組以上であってよい。

【0039】

以上のように、本実施形態に係るガス検出装置は、上記の構成によって、小型で精度よく被検出ガスを測定できる。

【0040】

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す図である。本実施形態に係るガス検出装置は平面ミラー７をさらに備える。平面ミラー７は、第１のミラー３の反射面と第２のミラー４の反射面との間に配置されて、第１のミラー３及び第２のミラー４の一方から他方へ光を反射する。図４の例において、平面ミラー７は反射面が高さ方向に沿うように配置されているが、第１のミラー３及び第２のミラー４の一方から他方へ光を反射可能であれば高さ方向に対して角度が設けられてよい。重複説明を回避するため、第１実施形態と異なる構成が以下に説明される。

【0041】

平面ミラー７の反射面は、幅方向において、第１実施形態（図１）における発光部１と受光部２との中点の位置に配置されている。そのため、本実施形態において、第１のミラー３は、平面ミラー７による第１のミラー３の反射像と合わせて、図１の第１のミラー３と同等に扱うことができる。また、第２のミラー４は、平面ミラー７による第２のミラー４の反射像と合わせて、図１の第２のミラー４と同等に扱うことができる。そして、本実施形態に係るガス検出装置の実際のサイズは、幅方向において第１実施形態の半分になる。本実施形態に係るガス検出装置は、平面ミラー７を含むことによって、さらなる小型化が可能である。

【0042】

図５は、発光部１と受光部２の組の配置を説明するための図であって、高さ方向で上から封止部材５に向かって見た場合の一例を示す。仮想円ｃは図３と同様であるが、本実施形態において、平面ミラー７による反射像と合わせて円を構成する。つまり、本実施形態において、仮想円ｃは半円である。仮想円ｃの中心で平面ミラー７によって反射された発光部１からの光が、受光部２に到達するように、受光部２が配置される。図５の例のガス検出装置では、発光部１ａと受光部２ａの組と、発光部１ｂと受光部２ｂの組と、を備えている。本実施形態においても、複数種類のガスを検出できる小型で高精度なガスセンサを実現することができる。ここで、図５の例において発光部１と受光部２の組は２つ（２組）であるが、２組に限定されず、１組であってよいし、３組以上であってよい。

【0043】

本実施形態に係るガス検出装置は、第１実施形態と同様に小型で精度よく測定可能であり、平面ミラー７を含むことによって、第１実施形態より小型化することができる。よって、本実施形態に係るガス検出装置は、小型化が求められる用途で特に有用である。

【0044】

［第３実施形態］
図９は第３実施形態に係るガス検出装置の構成例を示す図である。本実施形態に係るガス検出装置は、アクチュエータにより制御可能な平面ミラー７を備える。平面ミラー７をアクチュエータにより制御することで、平面ミラー７を挿入した導光部と挿入しない導光部とを切り替えることが可能となる。図９において平面ミラー７は高さ方向に可動する。ただし可動方向はこれに限定されない。平面ミラー７を挿入する場合、平面ミラー７は第２実施形態と同様に、第１のミラー３の反射面と第２のミラー４の反射面との間に配置されて、第１のミラー３及び第２のミラー４の一方から他方へ光を反射する。また平面ミラー７を挿入する場合、平面ミラー７の反射面は、幅方向において、発光部１と受光部２との中点の位置に配置される。そのため第２実施形態と同様に第１のミラー３は、平面ミラー７による第１のミラー３の反射像と合わせて、平面ミラー７を挿入しない場合の第１のミラー３と同等に扱うことができる。また、第２のミラー４は、平面ミラー７による第２のミラー４の反射像と合わせて、平面ミラー７を挿入しない場合の第２のミラー４と同等に扱うことができる。図９の例において、平面ミラー７は反射面が高さ方向に沿うように配置されているが、第１のミラー３及び第２のミラー４の一方から他方へ光を反射可能であれば高さ方向に対して角度が設けられてよい。

【0045】

図１０は、発光部１と受光部２の組の配置を説明するための図であって、高さ方向で上から封止部材５に向かって見た場合の一例を示す。仮想円ｃは図３と同様である。本実施形態において、平面ミラー７を導光部内に挿入した場合、構造上仮想円は半円となるが、反射像と合わせて円を構成する。平面ミラー７を導光部に挿入せず導光部内に存在しない場合に、図１０において発光部１ａから出射された光は受光部２（２ａ´）に導かれる。平面ミラー７を導光部に挿入し導光部内に存在する場合に、発光部１ａから出射された光は受光部２（２ａ）に導かれる。さらに受光部２ａと受光部２ａ´に異なる波長選択型の光学フィルタを含めると、複数の波長帯において複数の被検出ガスを検出することが可能な小型のガス検出装置を実現できる。ここで、例において受光部２の組は１つ（１組）であるが、１組に限定されず、２組であってよいし、２組以上であってよい。

【0046】

本実施形態に係るガス検出装置は、第１実施形態及び第２実施形態と同様に小型で精度よく測定可能であり、平面ミラー７をアクチュエータにより制御することで、平面ミラー７を挿入した導光部と挿入しない導光部とを切り替えることが可能となる。そのため、例えば複数の波長帯において複数の被検出ガスを検出する小型のガス検出装置を実現することができる。

【0047】

本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0048】

１、１ａ、１ｂ 発光部
２、２ａ、２ｂ 受光部
３ 第１のミラー
３ａ、３ｂ ミラー
４ 第２のミラー
４ａ 反射部
４ｂ 支持部
５ 封止部材
６ 導光部材
７ 平面ミラー
８ ガスポート
９ 防塵フィルタ
１７ 平面ミラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】