氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊的制作方法

氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊的制作方法
【專利摘要】具備：氣室(10X)，其形成導入對象氣體的導入空間(11X)；紅外光源(20X)，其配置于氣室(10X)的一端；調制鏡(70X)，其配置于氣室(10X)的一端，且使自紅外光源(20X)放射的光反射或透過；反射鏡(60X)，其使已透過調制鏡(70X)的光反射；飽和氣體室(40X)，其封入有規定的比較氣體，且配置于已透過調制鏡(70X)的光的光路上；受光部(30X)，其配置于氣室(10X)的另一端，接收經調制鏡(70X)反射的光、及透過調制鏡(70X)并穿過飽和氣體室(40X)并且經反射鏡(60X)反射的光；及計算電路(3X)，其基于通過調制鏡(70X)使光反射及透過的各情況下的受光部(30X)的受光能量值來計算對象氣體的濃度。
【專利說明】氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊
[0001] 本申請是申請日為2011年2月14日、申請號為201180009780. 0、發明名稱為氣體 濃度計算裝置及氣體濃度測量樽塊的專利申請的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發明涉及一種氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊。

【背景技術】
[0003] -直以來，例如將計算二氧化碳等氣體的濃度的氣體濃度計算裝置導入到空調系 統的領域等中。基于該氣體濃度計算裝置中的計算結果來控制換氣的0N/0FF(開/關） 等，由此使空調系統高效地運轉，實現消耗電力的降低。在這樣的氣體濃度計算裝置中使用 NDIR(Non_dispersive Infrared,非分散型紅外線吸收）法，所謂NDIR(非分散型紅外線吸 收）法，是指基于紅外光穿過對象氣體中時的衰減來計算氣體的濃度的方法。
[0004] 作為使用NDIR(非分散型紅外線吸收）法的氣體濃度計算裝置，例如有專利文獻 1中所記載的裝置。該氣體濃度計算裝置使來自單一光源的光照射至氣室（gas cell)內， 并通過第1檢測器及第2檢測器對穿過氣室內的光進行檢測。第1檢測器對穿過由被測定 氣體區域及封入至測定氣體室內的不活潑氣體區域構成的光路的光進行檢測。第2檢測器 對穿過由被測定氣體區域及封入至比較氣體室內的與被測定氣體種類相同的氣體區域構 成的光路的光進行檢測。另外，公開有通過第2檢測器檢測照射光量的增減，且校正第1檢 測器的輸出。
[0005] 另外，在專利文獻2中記載有檢測氣缸內的樣品氣體濃度的氣體濃度計算裝置。 此處，將反射鏡設置于在氣缸內往復移動的活塞的頭部，并且在氣缸的頭部朝向氣缸內配 置光源及檢測器。通過這樣的構成，自光源發射且由活塞上的反射鏡反射的光被檢測器接 收。伴隨著活塞的往復移動，經由反射鏡的自光源至檢測器為止的光路長度發生變化，因此 檢測器中所接收的能量值發生變化。然后，基于自檢測器輸出的輸出值的變化來計算樣品 氣體的濃度。
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本特開2007-256242號公報
[0008] 專利文獻2 :日本特開平5-180760號公報


【發明內容】

[0009] 發明所要解決的問題
[0010] 在上述專利文獻1所記載的氣體濃度計算裝置中，使用第1檢測器及第2檢測器 這兩個不同的受光元件來計算氣體的濃度。因此，受光元件自身的個體差（靈敏度、噪聲特 性的差、或者其對于周圍溫度的差或對于長期變化的差等）對氣體濃度的測定精度造成不 良影響。這樣的不良影響由受光元件各自的個體差而引起，因此通過使用來自兩個受光元 件的輸出值的比等，不會消除這樣的不良影響。
[0011] 在上述專利文獻2的氣體濃度計算裝置中，由于使用單一的受光元件，因此可以 說不存在因受光元件的個體差而產生的問題。但是，在專利文獻2的技術中，用于使自光源 直至檢測器為止的光路長度變化的單元即反射鏡設置于活塞的頭部并且在與光路的方向 相同的方向進行上下運動。因此，為了實現高精度的測量，必需在測量時暫時停止活塞的運 動、即反射鏡的運動。其原因在于：當反射鏡未停止而在與光路的方向相同的方向上運動的 情況下，光路長度不穩定，從而無法實現高精度的測量。因此，通過暫時停止活塞的運動，參 照光的測定時間與信號光的測定時間之間產生大幅度的時間偏差。若參照光的測定時間與 信號光的測定時間之間產生大幅度的時間偏差，則基于各自的測定結果的比而計算的氣體 濃度也會產生僅與大幅度的時間偏差相應的誤差。
[0012] 另外，在專利文獻2的技術中，氣缸的上下運動的振動或表面的變質等對光的檢 測精度造成不良影響。另外，由于信號的進入成為上下死點，因此測定間隔從屬于氣缸的運 動速度，難以應對高速化。在使用單一的受光元件的情況下，若參照光的測定時間與信號光 的測定時間之間產生時間偏差，則基于各自的測定結果的比而計算的氣體濃度也會產生僅 與時間偏差相應的誤差。
[0013] 因此，本發明的一個方面是有鑒于上述而完成的，其目的在于提供一種可防止因 受光元件的個體差而產生的問題，并且可防止因光路長度不穩定而產生的問題的氣體濃度 計算裝置及氣體濃度測量模塊。
[0014] 另外，本發明的另一個方面的目的在于提供一種可防止因受光元件的個體差而產 生的問題，并且可防止因用于使光路長度變化的要素的振動所致的光檢測精度的下降，進 而可抑制因光的測定時間偏差所致的光檢測精度的下降的氣體濃度計算裝置及氣體濃度 測量模塊。
[0015] 另外，本發明的另外一個方面的目的在于提供一種可防止因受光元件的個體差而 產生的問題，并且可防止因用于使光路長度變化的要素在與光路的方向相同的方向上運動 所致的問題的氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊。
[0016] 解決問題的技術手段
[0017] 為了解決上述問題，本發明的一個方面的氣體濃度計算裝置的特征在于：其是具 備氣體濃度測量模塊及氣體濃度計算模塊且計算對象氣體的濃度的氣體濃度計算裝置，所 述氣體濃度測量模塊具備：氣室，其形成導入所述對象氣體的導入空間；光源，其配置于所 述氣室的一端；反射切換單元，其配置于所述氣室的所述一端或另一端，且使自所述光源放 射的光反射或透過；反射單元，其使透過了所述反射切換單元的光反射；比較氣室，其封入 有規定的比較氣體，且配置于透過了所述反射切換單元的光的光路上；及受光單元，其配 置于所述氣室的所述另一端，接收自所述光源放射且通過所述反射切換單元反射的光、及 自所述光源放射、透過所述反射切換單元并穿過所述比較氣室且通過所述反射單元反射的 光；所述氣體濃度計算模塊基于通過所述反射切換單元使光反射及透過的各情況下的所述 受光單元的受光能量值，而計算所述對象氣體的所述濃度。
[0018] 另外，本發明的一個方面的氣體濃度測量模塊的特征在于：其是計算對象氣體的 濃度的氣體濃度計算裝置中的氣體濃度測量模塊，具備：氣室，其形成導入所述對象氣體的 導入空間；光源，其配置于所述氣室的一端；反射切換單元，其配置于所述氣室的所述一端 或另一端，且使自所述光源放射的光反射或透過；反射單元，其使透過了所述反射切換單元 的光反射；比較氣室，其封入有規定的比較氣體，且配置于透過了所述反射切換單元的光的 光路上；及受光單元，其配置于所述氣室的所述另一端，接收自所述光源放射且通過所述反 射切換單元反射的光、及自所述光源放射、透過所述反射切換單元并穿過所述比較氣室、且 通過所述反射單元反射的光。
[0019] 根據如上所述的本發明的氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊，受光單元接收 通過反射切換單元反射的光及透過反射切換單元并穿過比較氣室的光的兩者，因此可防止 由不同的受光單元分別接收通過反射切換單元切換反射與透過的各情況下的光時的、因受 光單元的個體差而產生的問題。另外，由于構成為將反射切換單元配置于導入有對象氣體 的氣室的一端或另一端、即在氣室外配置有反射切換單元，因此通過反射切換單元切換反 射與透過的各情況下的光穿過氣室內的對象氣體中的光路長度無變化。因此，可防止因穿 過對象氣體中的光的光路長度不穩定而產生的問題。
[0020] 另外，在本發明中，優選為，所述反射切換單元是對相對于自所述光源放射的光的 反射率進行電性調整而切換光的反射與透過的反射率調整單元。
[0021] 在此情況下，用于使受光單元所接收的光的受光能量值的差異產生的單元為反射 率調整單元，該反射率調整單元的動作通過反射率的電性控制而進行。因此，為了產生受光 能量值的差異而不伴隨振動等，從而不存在因該振動所致的位置偏離或附帶的噪聲等，因 此可防止氣體濃度測量模塊的光檢測精度的下降。
[0022] 另外，通過反射率調整單元對反射率進行電性控制，從而可高速地切換反射率。因 此，受光單元所接收的光測定時間同樣不存在時間偏差，或即使有時間偏差也非常短，疑似 可同時測定。
[0023] 再者，作為具有這樣的效果的反射率調整單元，優選為空間光調制器（SLM)或液 晶光學兀件。
[0024] 另外，在本發明中，優選為，所述反射切換單元是對于自所述光源放射的光通過旋 轉而切換反射與透過的旋轉機構。
[0025] 在此情況下，用于使受光單元所接收的光的受光能量值的差異產生的單元為旋轉 機構，即使該旋轉機構進行旋轉，由于在氣室外配置有旋轉機構，因而切換反射與透過的各 情況下的光穿過氣室內的對象氣體中的光路長度也無變化。因此，與例如上述專利文獻2 的情況不同，由于光路長度穩定，因而不必暫時停止旋轉機構。其結果，可防止因旋轉機構 暫時停止運動而使光測定時間產生大幅度的時間偏差等的問題。
[0026] 另外，在本發明中，也可利用由反射板與孔構成的旋轉鏡構成所述旋轉機構。
[0027] 在此情況下，利用由反射板與孔構成的旋轉鏡，可實現簡單的構成。
[0028] 另外，在本發明中，優選為，所述反射單元具備角度不同的多個反射面，使透過了 所述反射切換單元的光被所述多個反射面依次反射并且在每次通過所述反射面的反射時 穿過所述比較氣室。
[0029] 在此情況下，由于經反射單元的反射面反射的光多次穿過比較氣室中，因而可加 長穿過比較氣室內的光路。因此，可使自光源放射的光的特性在比較氣室內充分變化。另 夕卜，由于構成為光多次穿過比較氣室，因此可通過小型的比較氣室來增加穿過比較氣室的 光的光路長度，而無需使比較氣室大型化。
[0030] 另外，在本發明中，優選為，所述規定的比較氣體是與所述對象氣體種類相同的飽 和氣體。通過與對象氣體相配合地變更帶通濾波器及比較氣體，也可實現多種氣體的測量。
[0031] 在此情況下，利用光穿過與對象氣體種類相同的飽和氣體時的特性的變化，可產 生受光單元的受光能量值的差異。
[0032] 另外，在本發明中，優選為進一步具備帶通濾波器，該帶通濾波器配置于所述光源 與所述受光單元之間的光路上，且僅使規定波長的光通過。
[0033] 通過帶通濾波器，可使所接收的光的波段成為相同波段，從而可降低因接收不同 的波段的光而產生的光檢測精度的下降。
[0034] 另外，在本發明中，所述光源優選為放射紅外線的光源。
[0035] 可利用當紅外線穿過對象氣體時能量衰減的現象，來計算對象氣體的濃度。
[0036] 另外，在本發明中，所述對象氣體優選為二氧化碳。
[0037] 可利用當光穿過二氧化碳時能量衰減的現象，來計算對象氣體的濃度。
[0038] 優選為具備：所述氣體濃度測量模塊，其具備所述對象氣體不同的多個所述受光 單元；及多個所述氣體濃度計算模塊，其與多個所述受光單元相對應。
[0039] 在此情況下，通過增加帶通濾波器、比較氣體及受光部，也可同時對多種氣體進行 測量。在此情況下，帶通濾波器優選為配置于受光部前面。另外，通過具備多個對象氣體不 同的氣體濃度測量模塊，可同時高精度地計算多種氣體的濃度。
[0040] 另外，本發明的另一個方面的氣體濃度計算裝置的特征在于：其是具備氣體濃度 測量模塊及氣體濃度計算模塊且計算對象氣體的濃度的氣體濃度計算裝置，所述氣體濃度 測量模塊具備：氣室，其形成導入所述對象氣體的導入空間；光源，其配置于所述氣室內； 反射率調整單元，其配置于所述氣室的一端，且對相對于自所述光源放射的光的反射率進 行電性調整；及受光單元，其配置于所述氣室的另一端，且接收自所述光源直接放射的直接 光、及自所述光源放射并且通過所述反射率調整單元反射的反射光；所述氣體濃度計算模 塊基于通過所述反射率調整單元對所述反射率進行了電性調整的各情況下的所述受光單 元的受光能量值的比來計算所述對象氣體的所述濃度。
[0041] 另外，本發明的另一個方面的氣體濃度測量模塊的特征在于：其是計算對象氣體 的濃度的氣體濃度計算裝置中的氣體濃度測量模塊，具備：氣室，其形成導入所述對象氣體 的導入空間；光源，其配置于所述氣室內；反射率調整單元，其配置于所述氣室的一端，且 對相對于自所述光源放射的光的反射率進行電性調整；及受光單元，其配置于所述氣室的 另一端，且接收自所述光源直接放射的直接光、及自所述光源放射并且通過所述反射率調 整單元反射的反射光。
[0042] 根據如上所述的本發明的氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊，受光單元接收 直接光及反射光的兩者，因此可防止分別通過不同的受光單元接收直接光及反射光時、或 通過不同的受光單元分別接收通過反射率調整單元對反射率進行了電性調整的各情況下 的光時的、因受光單元的個體差而產生的問題。
[0043] 另外，在本發明中，用于使受光單元所接收的光的光路長度的變化或受光能量值 的差異產生的單元為反射率調整單元，該反射率調整單元的動作取決于反射率的電性控 制。因此，為了產生光路長度的變化或受光能量值的差異而不伴隨振動等，從而不存在因 該振動所致的位置偏離或附帶的噪聲等，因此可防止氣體濃度測量模塊的光檢測精度的下 降。
[0044] 另外，通過反射率調整單元對反射率進行電性控制，從而可高速地切換反射率。因 此，受光單元所接收的光測定時間同樣不存在時間偏差，或即使有時間偏差也非常短，疑似 可同時測定。
[0045] 根據以上所述，根據本發明，可防止因受光單元的個體差而產生問題、因振動所致 的誤差、因時間偏差所致的誤差。再者，作為具有這樣的效果的反射率調整單元，優選為光 電裝置（E0(Electro Optic)裝置）或液晶光學元件。
[0046] 另外，在本發明中，優選為進一步具備帶通濾波器，該帶通濾波器配置于所述光源 與所述受光單元之間的光路上，且僅使規定波長的光通過。
[0047] 通過帶通濾波器，可使所接收的光的波段成為相同波段，從而可防止因接收不同 波段的光而產生的光檢測精度的下降。
[0048] 另外，在本發明中，所述光源優選為放射紅外線的光源。
[0049] 可利用當紅外線穿過對象氣體時能量衰減的現象，來計算對象氣體的濃度。
[0050] 另外，在本發明中，所述對象氣體優選為二氧化碳。
[0051] 可利用當光穿過二氧化碳時能量衰減的現象，來計算對象氣體的濃度。
[0052] 另外，在本發明中，優選為進一步具備儲存單元，該儲存單元預先儲存表示所述對 象氣體的所述濃度與所述比的相關關系的數據庫或近似式，且所述氣體濃度計算模塊基于 所述數據庫或所述近似式而計算與所述比相對應的所述濃度。
[0053] 根據本發明，基于預先準備的數據庫或近似式可高精度地計算對象氣體的濃度。
[0054] 另外，在本發明中，優選為具備：所述氣體濃度測量模塊，其具備所述對象氣體不 同的多個所述受光單元；及多個所述氣體濃度計算模塊，其與多個所述受光單元相對應。
[0055] 根據本發明，通過具備多個對象氣體不同的氣體濃度測量模塊，可同時高精度地 計算多種氣體的濃度。
[0056] 另外，本發明的另外一個方面的氣體濃度計算裝置的特征在于：其是具備氣體濃 度測量模塊及氣體濃度計算模塊且計算對象氣體的濃度的氣體濃度計算裝置，所述氣體 濃度測量模塊具備：氣室，其形成導入所述對象氣體的導入空間；光源，其配置于所述氣室 內；旋轉機構，其配置于所述氣室的一端，且通過旋轉使自所述光源放射的光反射或透過； 及受光單元，其配置于所述氣室的另一端，且接收自所述光源直接放射的直接光、及自所述 光源放射并且通過所述旋轉機構反射的反射光；所述氣體濃度計算模塊基于通過所述旋轉 機構使所述光反射或透過的各情況下的所述受光單元的受光能量值的比而計算所述對象 氣體的所述濃度，所述旋轉機構在與自所述光源直至所述受光單元為止的光路的方向不同 的方向上進行所述旋轉。
[0057]另外，本發明的另外一個方面的氣體濃度測量模塊的特征在于：其是計算對象氣 體的濃度的氣體濃度計算裝置中的氣體濃度測量模塊，且具備：氣室，其形成導入所述對象 氣體的導入空間；光源，其配置于所述氣室內；旋轉機構，其配置于所述氣室的一端，且通 過旋轉而使自所述光源放射的光反射或透過；及受光單元，其配置于所述氣室的另一端，且 接收自所述光源直接放射的直接光、及自所述光源放射并且通過所述旋轉機構反射的反射 光；所述旋轉機構在與自所述光源直至所述受光單元為止的光路的方向不同的方向上進行 所述旋轉。
[0058] 根據如上所述的本發明的氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊，受光單元接收 直接光及反射光的兩者，因此可防止通過不同的受光單元分別接收直接光及反射光時、或 通過不同的受光單元分別接收由旋轉機構使光反射或透過的各情況下的光時的、因受光單 元的個體差而產生的問題。
[0059] 另外，在本發明中，用于使受光單元所接收的光的光路長度的差異或受光能量值 的差異產生的單元為旋轉機構，該旋轉機構通過在與自光源直至受光單元為止的光路的方 向不同的方向上進行旋轉而使光反射或透過。此處，所謂"在與光路的方向不同的方向上旋 轉"，例如可通過使旋轉機構的旋轉軸成為與光路相同的方向而實現。即，由于產生光路長 度的變化或受光能量值的差異，因而旋轉機構不必沿光路的方向進行運動，因此，即使旋轉 機構旋轉，旋轉機構與受光單元之間的絕對距離也無變動。因此，與例如上述專利文獻2的 情況不同，由于光路長度穩定，因而不必暫時停止旋轉機構。其結果，可防止因旋轉機構暫 時停止運動而使光測定時間產生大幅度的時間偏差。
[0060] 如以上所述，根據本發明，可防止因受光單元的個體差而產生的問題、及因用于使 光路長度變化的要素在與光路的方向相同的方向上運動而產生的問題。
[0061] 另外，在本發明中，也可利用由反射板與孔構成的旋轉鏡構成所述旋轉機構。
[0062] 利用由反射板與孔構成的旋轉鏡，可實現簡單的構成。
[0063] 另外，在本發明中，也可構成為，所述旋轉鏡在與自所述光源直至所述受光單元為 止的所述光路的方向大致垂直的方向上進行所述旋轉。
[0064] 例如通過使旋轉鏡的旋轉軸成為與光路大致相同的方向，可使旋轉鏡在與光路的 方向大致垂直的方向上旋轉。由此，可明確地切換光的反射與透過。
[0065] 另外，在本發明中，也可由微電子機械系統（MEMS)致動器與鏡面構成所述旋轉機 構。
[0066] 在此情況下，通過使用MEMS致動器，可抑制旋轉時的振動并可實現高速旋轉。因 此，可防止因振動而產生的光檢測精度的下降。另外，通過MEMS致動器的高速旋轉而可高 速地進行光的反射與透過的切換，受光單元的光測定時間同樣不存在時間偏差，或即使有 時間偏差也非常短，疑似可同時測定。
[0067] 另外，在本發明中，優選為，進一步具備帶通濾波器，該帶通濾波器配置于所述光 源與所述受光單元之間的光路上，且僅使規定波長的光通過。
[0068] 通過帶通濾波器可使所接收的光的波段成為相同波段，從而可防止因接收不同波 段的光而產生的光檢測精度的下降。
[0069] 另外，在本發明中，所述光源優選為放射紅外線的光源。
[0070] 可利用當紅外線穿過對象氣體時能量衰減的現象，來計算對象氣體的濃度。
[0071] 另外，在本發明中，所述對象氣體優選為二氧化碳。
[0072] 可利用當光穿過二氧化碳時能量衰減的現象，來計算對象氣體的濃度。再者，氣體 并不限定于二氧化碳。進而，通過僅增加帶通及受光部也可實現多種氣體的測量。
[0073] 另外，在本發明中，優選為，進一步具備儲存單元，該儲存單元預先儲存表示所述 對象氣體的所述濃度與所述比的相關關系的數據庫或近似式，且所述氣體濃度計算模塊基 于所述數據庫或所述近似式而計算與所述比相對應的所述濃度。
[0074] 根據本發明，基于預先準備的數據庫或近似式，可高精度地計算對象氣體的濃度。 [0075] 另外，在本發明中，優選為具備：所述氣體濃度測量模塊，其具備所述對象氣體不 同的多個所述受光單元；及多個所述氣體濃度計算模塊，其與多個所述受光單元相對應。 [0076] 根據本發明，通過具備對象氣體不同的多個氣體濃度測量模塊，可同時高精度地 計算多種氣體的濃度。
[0077] 發明的效果
[0078] 根據本發明的一個方面，可提供一種能夠防止因受光元件的個體差而產生的問 題，且能夠防止因光路長度不穩定而產生的問題的氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模 塊。
[0079] 另外，根據本發明的另一個方面，可提供一種氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量 模塊，其能夠防止因受光單元的個體差而產生的問題，且能夠防止因用于產生光路長度的 變化或受光能量值的差異的要素的振動所致的光檢測精度的下降，進而能夠抑制因光的測 定時間偏差所致的光檢測精度的下降。
[0080] 另外，根據本發明的另外一個方面，可提供一種氣體濃度計算裝置及氣體濃度測 量模塊，其能夠防止因受光單元的個體差而產生的問題，且能夠防止因用于使光路長度變 化的要素在與光路的方向相同的方向上運動而產生的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0081] 圖1是第1實施方式中的氣體濃度計算裝置IX的概略剖面圖。
[0082] 圖2是第2實施方式中的氣體濃度計算裝置1XA的概略剖面圖。
[0083] 圖3是第3實施方式中的氣體濃度計算裝置1XB的概略剖面圖。
[0084] 圖4是表示反射鏡60X的變形例的圖。
[0085] 圖5是氣體濃度計算裝置IX的變形例的概略剖面圖。
[0086] 圖6是氣體濃度計算裝置IX的變形例的概略剖面圖。
[0087] 圖7是氣體濃度計算裝置IX的變形例的概略剖面圖。
[0088] 圖8是自箭頭L方向觀察圖7中的反射切換單元300XA的圖。
[0089] 圖9是表示氣體濃度計算裝置1Y的概略剖面圖。
[0090] 圖10是用于說明用以使光路長度或受光能量值產生差異的構造的圖。
[0091] 圖11是用于說明儲存部4Y的儲存信息的圖。
[0092] 圖12是表示儲存部4Y中所儲存的數據庫的一例的圖。
[0093] 圖13是表示儲存部4Y中所儲存的圖表的一例的圖。
[0094] 圖14是表示通過氣體濃度計算裝置1Y進行的二氧化碳濃度計算處理的流程的流 程圖。
[0095] 圖15是表示氣體濃度計算裝置1Y的變形例的概略剖面圖。
[0096] 圖16是表示氣體濃度計算裝置1Y的變形例的概略剖面圖。
[0097] 圖17是表示本發明的第5實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1Z的概略剖面 圖。
[0098] 圖18是用于說明第5實施方式中的用以使光路長度或受光能量值產生差異的構 造的圖。
[0099] 圖19是用于說明儲存部4Z的儲存信息的圖。
[0100] 圖20是表示儲存部4Z中所儲存的數據庫的一例的圖。
[0101] 圖21是表示儲存部4Z中所儲存的圖表的一例的圖。
[0102] 圖22是表示由氣體濃度計算裝置1Z進行的二氧化碳濃度計算處理的流程的流程 圖。
[0103] 圖23是表示本發明的第6實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1ZA的概略剖面 圖。
[0104] 圖24是用于說明第6實施方式中的用以使光路長度或受光能量值產生差異的構 造的圖。
[0105] 圖25是表示氣體濃度計算裝置1Z的變形例的概略剖面圖。
[0106] 符號的說明
[0107] 1X、1XA?1XE…氣體濃度計算裝置、2X、2XA、2XB…氣體濃度測量模塊、3X、3XA? 3XD…計算電路、10X…氣室、11X…導入空間、20X…紅外光源、20XA?20XD…光源、30X…受 光部、40X…飽和氣體室、41X…飽和氣體、50X…樣品氣體、60X、60XA…反射鏡、70X…調制 鏡、8(^..旋轉鏡、8%..反射板、82乂?孔、9(^..帶通濾波器、10(^、10(^4、10(^8、20(^八? 200XD、300XA?300XD…反射切換單元。
[0108] 1Y…氣體濃度計算裝置、2Y…氣體濃度測量模塊、3Y…計算電路、4Y…儲存部、 10Y…氣室、11Y…導入空間、12Y…氣體導入部、13Y…氣體排出部、20Y…光源、30Y…調制 鏡、40Y…帶通濾波器、50Y…受光部、60Y…樣品氣體。
[0109] 1Z···氣體濃度計算裝置、2Z···氣體濃度測量模塊、3Z···計算電路、4Z···儲存部、 10Z…氣室、11Z…導入空間、12Z…氣體導入部、13Z…氣體排出部、20Z…光源、30Z…反射 鏡、40Z…帶通濾波器、50Z…受光部、60Z…樣品氣體、70Z…MEMS致動器、71Z…鏡面。

【具體實施方式】
[0110] 以下，參照附圖，對本發明所涉及的氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊的優 選的實施方式進行詳細的說明。再者，在附圖的說明中，對相同的要素標注相同的符號，省 略重復的說明。
[0111] [第1實施方式]
[0112] 第1實施方式是將調制鏡70X配置于氣室10X的一端（配置有紅外光源20X的一 偵D的情況。
[0113](氣體濃度計算裝置IX的整體構成）
[0114] 首先，對第1實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置IX的整體構成進行說明。圖1 是表示氣體濃度計算裝置IX的概略剖面圖。氣體濃度計算裝置IX包括如下部件而構成： 氣體濃度測量模塊2X，其接收來自紅外光源20X(相當于權利要求中的"光源"）的光，并測 定其能量值；及計算電路3X(相當于權利要求中的"氣體濃度計算模塊"），其基于氣體濃度 測量模塊2X的測定結果而計算氣體濃度；該氣體濃度計算裝置IX是計算對象氣體的濃度 的裝置。通過計算電路3X所計算出的氣體濃度被輸出至未圖示的控制裝置等中，并利用于 例如空調系統等的控制中。再者，在第1實施方式中，對于將導入至氣體濃度測量模塊2X 的樣品氣體50X中的二氧化碳作為濃度計算的對象氣體時的例子進行說明。
[0115] 氣體濃度測量模塊2X包括氣室10X、具有紅外光源20X的反射切換單元100X、及 受光部30X(相當于權利要求中的"受光單元"）而構成。
[0116] 氣室10X形成內部導入樣品氣體50X的導入空間11X。關于氣室10X，在氣室10X 的一端側設置有用于向導入空間11X內導入樣品氣體50X的氣體導入部12X，在氣室10X的 另一端側設置有用于將導入空間11X內的樣品氣體50X向外部排出的氣體排出部13X。作 為氣體導入部12X或氣體排出部13X，也可使用設置在氣室的內壁（例如上部或底部）的多 個孔。
[0117] 反射切換單元100X配置于氣室10X的一端，且包括如下部件而構成：紅外光源 20X、調制鏡70X(相當于權利要求中的"反射切換單元、反射率調整單元"）、封入有飽和氣 體41X(相當于權利要求中的"比較氣體"）的飽和氣體室40X(相當于權利要求中的"比較 氣室"）、反射鏡60X(相當于權利要求中的"反射單元"）、及帶通濾波器90X。
[0118] 紅外光源20X為放射紅外線的光源。在第1實施方式中，作為紅外光源20X，使用 放射包括4. 2μπι?4. 3μπι的波段的光的光源。來自紅外光源20X的紅外線被樣品氣體 50Χ中的二氧化碳分子5IX吸收而衰減。
[0119] 調制鏡70Χ對相對于自紅外光源20Χ放射的光的反射率進行電性調整。此處，調 制鏡70Χ通過對反射率進行電性調整，而使自紅外光源20Χ放射的光全反射或全透過。經 調制鏡70Χ反射的光朝向受光部30Χ放射。再者，在第1實施方式中，作為調制鏡70Χ，例如 采用液晶光學元件或空間光調制器（SLM)。除此以外，也可使用通過介電體或金屬絲網等進 行反射率的控制的其它方法。
[0120] 反射鏡60Χ使透過了調制鏡70Χ的光朝向受光部30Χ反射。此處，在調制鏡70Χ 與反射鏡60Χ之間配置有飽和氣體室40Χ。因此，透過了調制鏡70Χ的光穿過飽和氣體室 40Χ內的飽和氣體41Χ且通過反射鏡60Χ反射。經反射鏡60Χ反射的光再次穿過飽和氣體 41Χ，且透過調制鏡70Χ并入射至受光部30Χ。
[0121] 封入至飽和氣體室40Χ內的飽和氣體41Χ使用與樣品氣體50Χ種類相同的飽和氣 體。
[0122] 帶通濾波器90Χ配置于紅外光源20Χ與受光部30Χ之間的光路上，且僅使規定波 長的光通過。在第1實施方式中，帶通濾波器90Χ使用配置于反射切換單元100Χ內且僅透 過4. 2μπι?4. 3μπι的波段的光的帶通濾波器。另外，在將帶通濾波器90Χ未設置于反射 切換單元100Χ內的情況下，例如也可設置于受光部30Χ與氣室10Χ之間。
[0123] 再者，反射切換單元100Χ的框體101Χ內，例如填充有相對于紅外光源20Χ所放射 的紅外線為不活潑的不活潑氣體或樣品氣體50Χ。
[0124] 受光部30Χ是配置于氣室10Χ的另一端，接收自紅外光源20Χ放射且通過調制鏡 70Χ反射的光、及自紅外光源20Χ放射且透過調制鏡70Χ并穿過飽和氣體室40Χ的光的兩者 的受光元件。即，一個受光部30Χ接收穿過飽和氣體室40Χ的光及未穿過飽和氣體室40Χ 的光的兩者。因此，與為了接收多種光而分別使用多個受光單元的情況相比，完全不存在因 受光單元的個體差而產生的危害。
[0125] (用于使受光能量值產生差異的構造）
[0126] 對于由受光部30Χ接收的光的受光能量值的差異進行說明。此處，通過進行調制 鏡70Χ中的光的反射或透過的控制，而使由受光部30Χ所接收的光的受光能量值產生差異。
[0127] 具體而言，在被控制為調制鏡70Χ使光反射的狀態的情況下，如圖1中箭頭所示的 光路Α所示，自紅外光源20Χ放射的光通過調制鏡70Χ反射，經反射的光穿過氣室10Χ內的 樣品氣體50X中且入射至受光部30X。
[0128] 另一方面，在被控制為調制鏡70X使光透過的狀態的情況下，如圖1中箭頭所示的 光路B所示，自紅外光源20X放射的光透過調制鏡70X，穿過飽和氣體室40X并通過反射鏡 60X反射。經反射鏡60X反射的光再次穿過飽和氣體室40X且透過調制鏡70X，進而穿過氣 室10X內的樣品氣體50X中而入射至受光部30X。
[0129] 這樣，在將調制鏡70X控制為透過狀態的情況下，與將調制鏡70X控制為反射狀態 的情況相比，光路長度僅加長光穿過飽和氣體室40X中的部分。另外，由于紅外光線穿過封 入于飽和氣體室40X的飽和氣體41X中，因而通過飽和氣體吸收光的能量。因此，在受光部 30X接收穿過了飽和氣體室40X的光的情況（光透過調制鏡70X的情況）下，與接收未穿過 飽和氣體室40X的光的情況（通過調制鏡70X使光反射的情況）相比，接收能量值較低的 光。
[0130] 如上所述，在第1實施方式中，受光能量值的變更可通過調制鏡70X而電性地進 行。因此，可實現小型化而且可去除可動部，并且不存在因振動所致的位置偏離或附帶的噪 聲等危害，從而精度提高。進而，與機械式相比，可使調制速度大幅度地高速化。
[0131] (二氧化碳的濃度計算處理）
[0132] 繼而，對于計算電路3X根據受光部30X所接收的光的受光能量值而計算二氧化碳 的濃度的處理進行說明。受光部30X將由調制鏡70X反射且僅穿過樣品氣體50X的光的受 光能量值、與透過調制鏡70X且穿過飽和氣體室40X及樣品氣體50X的光的受光能量值輸 出至計算電路3X。計算電路3X基于穿過飽和氣體室40X與樣品氣體50X的光的受光能量 值而計算放射光量的增減，且對于僅穿過樣品氣體50X的光的受光能量值進行校正，由此 可計算樣品氣體50X中的二氧化碳的濃度。再者，關于基于2個受光能量值來計算氣體濃 度的順序，例如如專利文獻1所公開的那樣，可使用一直以來已知的氣體相關法進行計算， 因而省略詳細的說明。
[0133] (第1實施方式的作用?效果）
[0134] 繼而，對第1實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置IX的作用及效果進行說明。根 據第1實施方式的氣體濃度計算裝置IX，由于受光部30X接收經調制鏡70X反射的光、及透 過調制鏡70X且穿過飽和氣體室40X的光的兩者，因此可防止通過不同的受光部30X分別 接收由調制鏡70X切換反射與透過的各情況下的光時的、因受光部30X的個體差而產生的 問題。另外，由于構成為在導入有樣品氣體50X的氣室10X的一端配置調制鏡70X、即在氣 室10X外配置有調制鏡70X，因此通過調制鏡70X切換反射與透過的各情況下的光穿過樣品 氣體50X的光路長度不存在變化。因此，可防止因穿過樣品氣體50X中的光的光路長度不 穩定而產生的問題。
[0135] 另外，在第1實施方式中，用于使受光部30X所接收的光的光路長度的差異或受光 能量值的差異產生的單元為調制鏡70X，該調制鏡70X的動作通過反射率的電性控制而進 行。因此，為了產生光路長度的差異或受光能量值的差異而不伴隨振動等，從而不存在因該 振動所致的位置偏離或附帶的噪聲等，因此可防止氣體濃度測量模塊2X的光檢測精度的 下降。
[0136] 另外，通過調制鏡70X對反射率進行電性控制，而可高速地切換反射率。因此，受 光部30X所接收的光測定時間同樣不存在時間偏差，或即使有時間偏差也非常短，疑似可 同時測定。
[0137] 再者，作為具有這樣的效果的調制鏡70X，優選為空間光調制器（SLM)或液晶光學 元件。
[0138] 另外，利用自紅外光源20X放射的光穿過與樣品氣體50X種類相同的飽和氣體41X 中時的特性的變化，可使受光部30X的受光能量值的差異產生。
[0139] 另外，通過帶通濾波器90X，可使所接收的光的波段成為相同波段，從而可防止因 接收不同波段的光而產生的光檢測精度的下降。
[0140] 另外，通過紅外光源20X放射紅外線，可利用當紅外線穿過樣品氣體50X時通過二 氧化碳而使能量衰減的現象，來計算樣品氣體50X的二氧化碳的濃度。
[0141] 另外，可利用當自紅外光源20X放射的紅外光穿過樣品氣體50X中的二氧化碳時 能量衰減的現象，來計算樣品氣體50X中的二氧化碳的濃度。再者，顯然的，通過帶通濾波 器選擇所使用的光的波長，將比較氣體作為所測定的氣體，由此，可測定的氣體的種類并不 限定為二氧化碳，而可任意選取。
[0142] [第2實施方式]
[0143] 第2實施方式是將調制鏡70X配置于氣室10X的另一端側（配置受光部30X的一 偵D的情況。再者，關于與第1實施方式相同的構成物，標注相同編號并省略詳細的說明。
[0144] (氣體濃度計算裝置1XA的整體構成）
[0145] 首先，對于第2實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1XA的整體構成進行說明。圖 2是表示氣體濃度計算裝置1XA的概略剖面圖。氣體濃度計算裝置1XA包括如下部件而構 成：氣體濃度測量模塊2XA，其接收來自紅外光源20X(相當于權利要求中的"光源"）的光， 并測定其能量值；及計算電路3X(相當于權利要求中的"氣體濃度計算模塊"），其基于氣體 濃度測量模塊2XA的測定結果而計算氣體濃度；該氣體濃度計算裝置1XA是計算對象氣體 的濃度的裝置。通過計算電路3X所計算出的氣體濃度被輸出至未圖示的控制裝置等中，并 利用于例如空調系統等的控制中。再者，在第2實施方式中，對于將導入至氣體濃度測量模 塊2XA的樣品氣體50X中的二氧化碳作為濃度計算的對象氣體時的例子進行說明。
[0146] 氣體濃度測量模塊2XA包括氣室10X、反射切換單元100XA、及紅外光源20X而構 成。
[0147] 紅外光源20X配置于氣室10X的一端，且放射紅外線。在第2實施方式中，作為紅 外光源20X，使用放射包括4. 2 μ m?4. 3 μ m的波段的光的光源。來自紅外光源20X的紅外 線被樣品氣體50X中的二氧化碳分子5IX吸收而衰減。
[0148] 反射切換單元100XA配置于氣室10X的另一端，且包括如下部件而構成：受光部 30X(相當于權利要求中的"受光單元")、調制鏡70X(相當于權利要求中的"反射切換單元、 反射率調整單元")、封入有飽和氣體41X(相當于權利要求中的"比較氣體"）的飽和氣體室 40X(相當于權利要求中的"比較氣室"）、反射鏡60X(相當于權利要求中的"反射單元"）、 及帶通濾波器90X。
[0149] 調制鏡70X對相對于自紅外光源20X放射且穿過樣品氣體50X的光的反射率進行 電性調整。此處，調制鏡70X通過對反射率進行電性調整而使自紅外光源20X放射且穿過 樣品氣體50X的光全反射或全透過。經調制鏡70X反射的光朝向受光部30X放射。再者， 在第2實施方式中，作為調制鏡70X，例如采用液晶光學元件或空間光調制器（SLM)。除此 以外，也可使用通過介電體或金屬絲網等進行反射率的控制的其它方法。
[0150] 反射鏡60X使透過了調制鏡70X的光朝向受光部30X反射。此處，在調制鏡70X 與反射鏡60X之間配置有飽和氣體室40X。因此，透過調制鏡70X的光穿過飽和氣體室40X 內的飽和氣體41X并通過反射鏡60X反射。經反射鏡60X反射的光再次穿過飽和氣體41X， 且透過調制鏡70X而入射至受光部30X。
[0151] 受光部30X是接收自紅外光源20X放射、穿過樣品氣體50X且通過調制鏡70X反 射的光、及自紅外光源20X放射、穿過樣品氣體50X且通過反射鏡60X反射并且穿過飽和氣 體室40X的光的兩者的受光元件。即，一個受光部30X接收穿過飽和氣體室40X的光及未 穿過飽和氣體室40X的光的兩者。因此，與為了接收多種光而分別使用多個受光單元的情 況相比，完全不存在因受光單元的個體差而產生的危害。
[0152] 再者，反射切換單元100XA的框體101XA內，例如填充有相對于紅外光源20X所放 射的紅外線為不活潑的不活潑氣體或樣品氣體50X。
[0153] (用于使受光能量值產生差異的構造）
[0154] 對于由受光部30X所接收的光的受光能量值的差異進行說明。此處，通過進行調 制鏡70X中的光的反射或透過的控制，而使由受光部30X所接收的光的受光能量值產生差 異。
[0155] 具體而言，在將調制鏡70X控制為使光反射的狀態的情況下，如圖2中箭頭所示的 光路A1所示，自紅外光源20X放射的光穿過氣室10X中的樣品氣體50X后通過調制鏡70X 反射，經反射的光入射至受光部30X。
[0156] 另一方面，在將調制鏡70X控制為使光透過的狀態的情況下，如圖2中箭頭所示的 光路B1所示，自紅外光源20X放射的光穿過氣室10X中的樣品氣體50X后透過調制鏡70X， 且穿過飽和氣體室40X，并通過反射鏡60X反射。經反射鏡60X反射的光再次穿過飽和氣體 室40X且透過調制鏡70X，并入射至受光部30X。
[0157] 這樣，在將調制鏡70X控制為透過狀態的情況下，與將調制鏡70X控制為反射狀態 的情況相比，光路長度僅加長了光穿過飽和氣體室40X中的部分。另外，由于紅外光線穿過 封入于飽和氣體室40X的飽和氣體41X中，因而通過飽和氣體吸收光的能量。因此，在受光 部30X接收穿過了飽和氣體室40X的光的情況（光透過調制鏡70X的情況）下，與接收未 穿過飽和氣體室40X的光的情況（通過調制鏡70X使光反射的情況）相比，受光能量值變 低。
[0158] 如上所述，在第2實施方式中，受光能量值的變更通過調制鏡70X電性地進行。因 此，可實現小型化而且可去除可動部，并且不存在因振動所致的位置偏離或附帶的噪聲等 危害，從而精度提高。進而，與機械式相比，可使調制速度大幅度地高速化。
[0159] (二氧化碳的濃度計算處理）
[0160] 關于計算電路3X根據受光部30X所接收的光的能量值而計算二氧化碳的濃度的 處理，與第1實施方式的情況相同，可使用一直以來已知的氣體相關法而計算，省略詳細的 說明。
[0161] (第2實施方式的作用?效果）
[0162] 繼而，對第2實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1XA的作用及效果進行說明。根 據第2實施方式的氣體濃度計算裝置1XA，由于受光部30X接收經調制鏡70X反射的光、及 透過調制鏡70X并穿過飽和氣體室40X的光的兩者，因此可防止通過不同的受光部30X分 別接收由調制鏡70X切換反射與透過的各情況下的光時的、因受光部30X的個體差而產生 的問題。另外，由于構成為在導入有樣品氣體50X的氣室10X的另一端配置調制鏡70X、即 在氣室10X外配置有調制鏡70X，因此即使通過調制鏡70X切換光的反射與透過，穿過樣品 氣體50X的光的光路長度也無變化。因此，可防止因穿過樣品氣體50X中的光的光路長度 不穩定而產生的問題。
[0163] 另外，在第2實施方式中，用于使受光部30X所接收的光的光路長度的差異或受光 能量值的差異產生的單元為調制鏡70X，該調制鏡70X的動作通過反射率的電性控制而進 行。因此，為了產生光路長度的差異或受光能量值的差異而不伴隨振動等，從而不存在因該 振動所致的位置偏離或附帶的噪聲等，因此可防止氣體濃度測量模塊2XA的光檢測精度的 下降。
[0164] 另外，通過調制鏡70X對反射率進行電性控制，可高速地切換反射率。因此，受光 部30X所接收的光測定時間同樣不存在時間偏差，或即使有時間偏差也非常短，疑似可同 時測定。
[0165] 再者，作為具有這樣的效果的調制鏡70X，優選為空間光調制器（SLM)或液晶光學 元件。
[0166] 另外，利用當自紅外光源20X放射的光穿過與樣品氣體50X種類相同的飽和氣體 41X中時的特性的變化，可使受光部30X的受光能量值的差異產生。
[0167] [第3實施方式]
[0168] 第3實施方式使用旋轉鏡80X而使自紅外光源20X放射的光反射或透過。再者， 關于與第1實施方式相同的構成物，標注相同編號并省略詳細的說明。
[0169] (氣體濃度計算裝置1XB的整體構成）
[0170] 首先，對第3實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1XB的整體構成進行說明。圖 3是表示氣體濃度計算裝置1XB的概略剖面圖。氣體濃度計算裝置1XB包括如下部件而構 成：氣體濃度測量模塊2XB，其接收來自紅外光源20X(相當于權利要求中的"光源"）的光， 并測定其能量值；及計算電路3X(相當于權利要求中的"氣體濃度計算模塊"），其基于氣體 濃度測量模塊2XB的測定結果而計算氣體濃度；該氣體濃度計算裝置1XB是計算對象氣體 的濃度的裝置。通過計算電路3X所計算出的氣體濃度被輸出至未圖示的控制裝置等中，并 利用于例如空調系統等的控制中。再者，在第3實施方式中，對于將導入至氣體濃度測量模 塊2XB的樣品氣體50X中的二氧化碳作為濃度計算的對象氣體時的例子進行說明。
[0171] 氣體濃度測量模塊2XB包括氣室10X、包含紅外光源20X的反射切換單元100XB、 及受光部30X (相當于權利要求中的"受光單元"）而構成。
[0172] 氣室10X形成內部導入樣品氣體50X的導入空間11X。關于氣室10X，在氣室10X 的一端側設置有用于向導入空間11X內導入樣品氣體50X的氣體導入部12X，在氣室10X的 另一端側設置有用于將導入空間11X內的樣品氣體50X向外部排出的氣體排出部13X。
[0173] 反射切換單元100XB配置于氣室10X的一端，且包括如下部件而構成：紅外光 源20X、旋轉鏡80X (相當于權利要求中的"反射切換單元、旋轉機構"）、封入有飽和氣體 41X (相當于權利要求中的"比較氣體"）的飽和氣體室40X (相當于權利要求中的"比較氣 室"）、反射鏡60X(相當于權利要求中的"反射單元"）、及帶通濾波器90X。
[0174] 紅外光源20X為放射紅外線的光源。在第3實施方式中，作為紅外光源20X，使用 放射包括4. 2μπι?4. 3μπι的波段的光的光源。來自紅外光源20X的紅外線被樣品氣體 50Χ中的二氧化碳分子5IX吸收而衰減。
[0175] 旋轉鏡80Χ使自紅外光源20Χ放射的光通過旋轉而反射或穿過。旋轉鏡80Χ由反 射板81Χ與孔82Χ構成，且通過旋轉驅動機構83Χ控制旋轉方向及旋轉速度等。孔82Χ是 由框82aX包圍而成的空間。
[0176] 反射鏡60X使穿過旋轉鏡80X的孔82X的光朝向受光部30X反射。此處，在旋轉 鏡80X的反射板81X與反射鏡60X之間配置有飽和氣體室40X。因此，穿過旋轉鏡80X的孔 82X的光穿過飽和氣體室40X內的飽和氣體41X后通過反射鏡60X反射。經反射鏡60X反 射的光再次穿過飽和氣體41X，且穿過旋轉鏡80X的孔82X并入射至受光部30X。再者，在 圖3中，表示自紅外光源20X放射的光穿過旋轉鏡80X的孔82X并通過反射鏡60X反射的 狀態。
[0177] 封入至飽和氣體室40X內的飽和氣體41X使用與樣品氣體50X種類相同的飽和氣 體。
[0178] 帶通濾波器90X配置于紅外光源20X與受光部30X之間的光路上，且僅使規定波 長的光通過。在第3實施方式中，帶通濾波器90X配置于反射切換單元100XB內，且使用僅 透過4. 2μπι?4. 3μπι的波段的光的帶通濾波器。另外，在將帶通濾波器90X未設置于反 射切換單元100ΧΒ內的情況下，例如也可設置于受光部30Χ與氣室10Χ之間。
[0179] 再者，反射切換單元100ΧΒ的框體101ΧΒ內，例如填充有相對于紅外光源20Χ所放 射的紅外線為不活潑的不活潑氣體或樣品氣體50Χ。
[0180] 受光部30Χ是配置于氣室10Χ的另一端，接收自紅外光源20Χ放射且通過旋轉鏡 80Χ的反射板81Χ反射的光、及自紅外光源20Χ放射且穿過旋轉鏡80Χ的孔82Χ并穿過飽和 氣體室40Χ的光的兩者的受光元件。即，一個受光部30Χ接收穿過飽和氣體室40Χ的光與 未穿過飽和氣體室40Χ的光的兩者。因此，與為了接收多種光而分別使用多個受光單元的 情況相比，完全不存在因受光單元的個體差而產生的危害。
[0181] (用于使受光能量值產生差異的構造）
[0182] 對于由受光部30Χ所接收的光的受光能量值的差異進行說明。此處，使旋轉鏡80Χ 旋轉，對光進行控制，使其由反射板81Χ反射、或者穿過孔82Χ，由此使通過受光部30Χ所接 收的光的受光能量值產生差異。
[0183] 具體而言，在通過反射板8IX的旋轉而將旋轉鏡80Χ控制為通過反射板8IX使光 反射的狀態的情況下，如圖3中箭頭所示的光路Α2所示，自紅外光源20Χ放射的光通過旋 轉鏡80Χ的反射板81Χ而反射，經反射的光穿過氣室10Χ內的樣品氣體50Χ中而入射至受 光部30Χ。
[0184] 另一方面，在將旋轉鏡80Χ控制為通過孔82Χ而使光穿過的狀態的情況下，如圖3 中箭頭所示的光路Β2所示，自紅外光源20Χ放射的光穿過旋轉鏡80Χ的孔82Χ，且穿過飽和 氣體室40Χ后通過反射鏡60Χ反射。通過反射鏡60Χ反射的光再次穿過飽和氣體室40Χ，且 穿過旋轉鏡80Χ的孔82Χ，進而穿過氣室10Χ內的樣品氣體50Χ中后入射至受光部30Χ。
[0185] 這樣，在將旋轉鏡80Χ控制為通過孔82Χ使光穿過的狀態的情況下，與控制為通過 反射板81Χ使光反射的狀態的情況相比，光路長度僅加長了光穿過飽和氣體室40Χ中的部 分。另外，由于紅外光線穿過封入至飽和氣體室40X的飽和氣體41X中，因而通過飽和氣體 吸收光的能量。因此，在受光部30X接收穿過飽和氣體室40X的光的情況（光穿過孔82X 的情況）下，與接收未穿過飽和氣體室40X的光的情況（通過反射板81X使光反射的情況） 相比，受光能量值變低。
[0186] 如上所述，在第3實施方式中，受光能量值的變更通過旋轉鏡80X的旋轉而進行。 旋轉鏡80X的構成為，配置于導入樣品氣體50X的氣室10X的一端，因此即使旋轉鏡80X旋 轉，通過反射板81X反射的光與穿過孔82X的光穿過對象氣體中的光路長度也無變化。因 此，由于光路長度穩定，即使暫時停止旋轉鏡80X，也可實現高精度的測量。其結果，可防止 因旋轉鏡80X暫時停止運動而使光測定時間產生大幅度的時間偏差。
[0187] (二氧化碳的濃度計算處理）
[0188] 繼而，對于計算電路3X根據受光部30X所接收的光的能量值而計算二氧化碳的濃 度的處理進行說明。受光部30X將經旋轉鏡80X的反射板81X反射且僅穿過樣品氣體50X 的光的受光能量值、及透過旋轉鏡80X的孔82X且穿過飽和氣體室40X及樣品氣體50X的光 的受光能量值輸出至計算電路3X。計算電路3X基于穿過飽和氣體室40X與樣品氣體50X的 光的受光能量值而計算放射光量的增減，且校正僅穿過樣品氣體50X的光的受光能量值， 由此可計算樣品氣體50X中的二氧化碳的濃度。再者，關于基于2個受光能量值計算氣體 濃度的順序，例如如專利文獻1所公開的那樣，可使用一直以來已知的氣體相關法而計算， 因而省略詳細的說明。
[0189] (第3實施方式的作用?效果）
[0190] 繼而，對于第3實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1XB的作用及效果進行說明。 根據第3實施方式的氣體濃度計算裝置1XB，由于受光部30X接收經旋轉鏡80X的反射板 81X反射的光、及穿過旋轉鏡80X的孔82X且穿過飽和氣體室40X的光的兩者，因此可防止 通過不同的受光部30X分別接收由旋轉鏡80X切換反射與穿過的各情況下的光時的、因受 光部30X的個體差而產生的問題。另外，由于構成為在導入有樣品氣體50X的氣室10X的一 端配置旋轉鏡80X、即在氣室10X外配置旋轉鏡80X，因此即使通過旋轉鏡80X切換光的反 射與穿過，穿過樣品氣體50X的光的光路長度也無變化。因此，可防止因穿過樣品氣體50X 中的光的光路長度不穩定而產生的問題。
[0191] 另外，例如與上述專利文獻2的情況不同，由于光路長度穩定，因而不必暫時停止 旋轉鏡80X。其結果，可防止因旋轉鏡80X暫時停止運動而使光測定時間產生大幅度的時間 偏差等問題。
[0192] 另外，通過由反射板81X與孔82X構成旋轉鏡80X，由此可實現簡單的構成。在此 情況下，旋轉部分可由較薄的圓盤構成，因此用于使反射板81X旋轉的驅動電力減少，而且 可使旋轉鏡80X小型化。
[0193] 再者，本發明的一個方面并不限定于上述各實施方式。
[0194] 例如，也可代替如圖1?3中所示將反射鏡60X配置于調制鏡70X或旋轉鏡80X 的后段的構成，而如圖4所示，使用圓錐狀的飽和氣體室40XA，在飽和氣體室40XA的周面 形成反射鏡60XA。在此情況下，自21放射且透過調制鏡70X或旋轉鏡80X的光在反射鏡 60XA的內側依次反射，每次反射時光穿過飽和氣體室40XA。由此，可增加穿過飽和氣體室 40XA內的光路長度，并且可使自紅外光源20X放射的光的能量被飽和氣體室40X的飽和氣 體41X充分吸收。另外，由于構成為光多次穿過比較氣室，因此可通過小型的比較氣室而增 加穿過比較氣室的光的光路長度，而無需使比較氣室大型化。
[0195] 再者，在圖4中，使用圓錐狀的反射鏡60XA使光多次反射，但形狀并不限定于此， 例如也可為由多個反射面所構成的三角錘狀或四角錘狀。再者，所謂權利要求中的"角度不 同的多個反射面"包括如以圓錐狀形成反射鏡60XA的情況那樣，由曲面形成反射面的情況。
[0196] 另外，也可構成為使飽和氣體室40X與帶通濾波器90X可裝卸。在此情況下，通過 準備封入有分別不同的飽和氣體41X的多個飽和氣體室40X、或使波長分別不同的光穿過 的多個帶通濾波器90X，可根據導入至氣室10X內的樣品氣體50X或作為測定對象的氣體的 種類，選擇使用最佳的飽和氣體室40X或帶通濾波器90X，并且可測定多種氣體的濃度。
[0197] 另外，也可相對于1個調制鏡70X或旋轉鏡80X，設置多個氣室10X及受光部30X， 將種類分別不同的氣體導入至氣室10X內。在此情況下，可同時測定多種氣體濃度。
[0198] 繼而，表示對混合存在多種氣體的樣品氣體的氣體濃度進行檢測的氣體濃度計算 裝置的變形例。如上所述為了計算種類不同的氣體的濃度，必需使用不同波長的光、及將欲 測定的氣體作為飽和氣體的比較氣體室，分別測定氣體濃度。為了實現上述測定，在該變形 例的氣體濃度測量模塊中，使用多個反射切換單元與受光單元的組，針對每個受光單元設 置氣體濃度計算模塊。圖5是表示對4種氣體混合存在的樣品氣體的各氣體的氣體濃度進 行測定的氣體濃度計算裝置1XC的概略剖面圖。為了使反射切換單元200XA?200XD相 比于受光部30XA?30XD體積變大，而在氣室10XA的兩端，在圖5中的最上段的左邊配置 反射切換單元200XA、在右邊配置受光部30XA，在其下一段的左邊配置受光部30XB、在右邊 配置反射切換單元200XB，在其下一段的左邊配置反射切換單元200XC、在右邊配置受光部 30XC，在其下一段的左邊配置受光部30XD、在右邊配置反射切換單元200XD。由此，即使在 各反射切換單元與各受光部的組使用共同的氣室10XA的情況下，氣體濃度計算裝置1XC整 體也變小。
[0199] 在配置于氣室10XA的外部的反射切換單元200XA?200XD中，分別配置有放射用 于測定的波長的光的光源20XA?20XD。再者，只要是放射的光的波長范圍較廣、且包括可 利用于各氣體的吸收的波段的光源，則可使用一個光源。各反射切換單元200XA?200XD 具有與上述的第1實施方式的反射切換單元100X相同的構成，各反射切換單元200XA? 200XD內的比較氣體室中封入有與作為測定對象的氣體相對應的飽和氣體。自各反射切換 單元200XA?200XD的光源20XA?20XD放射的光通過各反射切換單元200XA?200D中 所具備的反射鏡或調制鏡反射，且分別入射至受光部30XA?30XD。
[0200] 另外，在各受光部30XA?30XD分別配置帶通濾波器90XA?90XD。各帶通濾波器 90XA?90XD是使各受光部30XA?30XD中成為測定對象的氣體所吸收的波長的光透過、且 截斷除此以外的波長的光的光學元件，并且在各個受光部30XA?30XD中不同。計算電路 3XA?3XD基于各受光部30XA?30XD所接收的光的能量值而計算作為測定對象的氣體的 濃度。
[0201] 在上述的變形例中，將反射切換單元200XA?200XD與受光部30XA?30XD彼此 錯開地配置，但也可如圖6所示的氣體濃度計算裝置1XD所示，與第2實施方式相同，將光 源20XA?20XD與具備分別接收自光源20XA?20XD放射的光的受光部的反射切換單元 300XA?300XD彼此錯開地配置于氣室10XA的兩端。
[0202] 另外，圖7表示另外的變形例中的氣體濃度計算裝置1XE。圖8是自圖7中的箭頭 L方向觀察氣體濃度計算裝置1XE的反射切換單元300XA的圖。本變形例中的氣體濃度計 算裝置1XE如圖7所示，在氣室10XA的一側配置有反射切換單元300XA?300XD，在另一側 對齊配置有光源20XA?20XD。反射切換單元300XA?300XD的構成與使用圖2進行說明 的第2實施方式中的反射切換單元100XA相同。該反射切換單元300XA?300XD使自各光 源20XA?20XD放射的光通過反射鏡及調制鏡朝向與反射單元300XA?300XD的排列方向 正交的方向反射且由受光部接收。即，通過反射鏡及調制鏡使自光源20XA?20XD放射的 光朝向圖7的紙面里側反射且由受光部30X接收。再者，在圖7、圖8所示的氣體濃度計算 裝置1XE的情況下，只要是放射用于多種氣體的測定的波長的光的光源，則也可不準備各 氣體的光源20XA?20XD而使用一個光源即可。
[0203] 另外，由氣體濃度計算裝置1X、1XA?1XE所計算出的氣體的濃度除了空調的控制 以外，也可適用于計算氣體的濃度的各種設備中。
[0204] [第4實施方式]
[0205] (氣體濃度計算裝置1Y的整體構成）
[0206] 首先，對于第4實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1Y的整體構成進行說明。圖 9是表示氣體濃度計算裝置1Y的概略剖面圖。氣體濃度計算裝置1Y包括如下部件而構成： 氣體濃度測量模塊2Y，其接收來自光源20Y的光，并測定其能量值；計算電路3Y(相當于權 利要求中的"氣體濃度計算模塊"），其基于氣體濃度測量模塊2Y的測定結果而計算氣體濃 度；及儲存部4Y (相當于權利要求中的"儲存單元"），其儲存有計算電路3Y計算氣體濃度 時所必需的信息；該氣體濃度計算裝置1Y是計算對象氣體的濃度的裝置。通過計算電路 3Y所計算出的氣體濃度被輸出至未圖示的控制裝置等中，并利用于例如空調系統等的控制 中。再者，在第4實施方式中，對于將導入至氣體濃度測量模塊2Y的樣品氣體60Y中的二 氧化碳作為濃度計算的對象氣體時的例子進行說明。
[0207] 氣體濃度測量模塊2Y包括如下部件而構成：氣室10Y、光源20Y、調制鏡30Y (相當 于權利要求中的"反射率調整單元")、帶通濾波器40Y、及受光部50Y(相當于權利要求中的 "受光單元"）。
[0208] 氣室10Υ形成內部導入樣品氣體60Υ的導入空間11Υ。關于氣室10Υ，在氣室10Υ 的一端側設置有用于向導入空間11Υ內導入樣品氣體60Υ的氣體導入部12Υ，在氣室10Υ的 另一端側設置有用于將導入空間11Υ內的樣品氣體60Υ向外部排出的氣體排出部13Υ。氣 體排出部13Υ也可為在氣室的內壁（例如底部）設置有多個的孔的氣體排出部。
[0209] 光源20Υ配置于氣室10Υ內，且放射紅外線。在第4實施方式中，作為光源20Υ， 使用放射包括4. 2μπι?4. 3μπι的波段的光的光的光源。在圖9中，表示將光源20Υ配置 于氣室10Υ內的中央的底部的例子，但并不限定于此，可將光源20Υ配置于氣室10Υ內的中 央的上部或中央部，也可以某種程度偏向調制鏡30Υ側或受光部50Υ側而配置。來自光源 20Υ的紅外線被樣品氣體60Υ中的二氧化碳分子61Υ吸收而衰減。
[0210] 調制鏡30Υ配置于氣室10Υ的一端，且對相對于自光源20Υ放射的光的反射率進 行電性調整。在第4實施方式中，作為調制鏡30Υ，采用例如液晶光學元件或光電裝置（Ε0 裝置）。除此以外，也可使用通過介電體或金屬絲網等進行反射率的控制的其它方法。
[0211] 帶通濾波器40Υ配置于光源20Υ與受光部50Υ之間的光路上，且僅使規定波長的 光通過。在第4實施方式中，帶通濾波器40Y使用配置于氣室ΙΟΥ的受光部50Y側的端部、 且僅使4. 2 μ m?4. 3 μ m的波段的光透過的帶通濾波器。
[0212] 受光部50Y配置于氣室10Y的另一端，且是接收自光源20Y直接放射的直接光、及 自光源20Y放射并且通過調制鏡30Y反射的反射光的兩者的受光元件。即，一個受光部50Y 接收直接光及反射光的兩者。換言之，一個受光部50Y接收由調制鏡30Y對反射率進行電 性調整的各情況下的光（如下所述，直接光、及直接光與反射光的合計等）。因此，與為了接 收多種光而分別使用多個受光單元的情況相比，完全不存在因受光單元的個體差而產生的 危害。
[0213] (用于使光路長度或受光能量值產生差異的構造）
[0214] 圖10是用于說明第4實施方式中的用以使光路長度或受光能量值產生差異的構 造的圖。與圖9相同，自配置于氣室10Y的中央部的光源20Y發射且到達受光部50Y的光 的光路長度及受光能量值的變更通過調制鏡30Y的反射率的變更而進行。在該說明中，為 了方便說明，對于通過使調制鏡30Y全反射（調制鏡30Y為0N)或全透過（調制鏡30Y為 OFF)而調整反射率的情況進行說明。
[0215] 圖10㈧表示調制鏡30Y成為0N的狀態而將自光源20Y到達的光完全反射的情 況。在圖10 (A)中，將自光源20Y放射且直接到達受光部50Y的光即直接光表示為II (-)， 直接光所穿過的光路的長度大致為L。另外，關于反射光，表示為II ( - )(自光源20Y放 射且到達調制鏡30Y的光）及12 (通過調制鏡30Y反射且到達受光部50Y的光），反射光 所穿過的光路的長度大致為3L(L+2L)。在調制鏡30Y為0N的狀態下，直接光及反射光的 兩者分別經由L及3L的光路而到達受光部50Y，并且測定受光能量值。另一方面，圖10 (B) 表示調制鏡30Y成為OFF的狀態而使自光源20Y到達的光完全不反射而透過的情況。在此 情況下，僅直接光經由大致L的光路而到達至受光部50Y，并且測定受光能量值。再者，在圖 10中，通過陰影線的有無來表示調制鏡30Y的0N/0FF。另外，圖10(B)中記載有使未反射 的光透過的情況，但并不限定于此，也可進行吸收。
[0216] 如上所述，在第4實施方式中，光路長度及受光能量值的變更通過調制鏡30Y而電 性進行。因此，可實現小型化而且可去除可動部，從而不存在因振動所致的位置偏離或附帶 的噪聲等危害，精度提高。進而與機械式相比，調制速度可大幅度地高速化。
[0217] (儲存部4Y的儲存信息）
[0218] 繼而，對儲存部4Y所儲存的信息進行說明。儲存部4Y中預先儲存有表示通過調 制鏡30Y對反射率進行電性調整的各情況下的受光部50Y的受光能量值的比、與作為對象 氣體的二氧化碳的濃度的相關關系的數據庫或近似式。
[0219] 圖11是用于說明儲存部4Y的儲存信息的圖。圖11是基本上與圖9及圖10相同 的圖，但僅保留用于以下說明而必需的要素，關于光路長度由L或2L概略地表示。在圖11 中，如下的式（1)?（3)成立。
[0220] I = II ( - )+11 (-)…（1)
[0221] II ( - )/1 = X... (2)
[0222] II ( - )/1 = 1-x…（3)
[0223] 其中，I為自光源20Y放射的紅外線的總能量值，II (―)為直接光、即圖11中自 光源20Y向右方向放射的紅外線的能量值，II (-)為圖11中自光源20Y向左方向放射的 紅外線的能量值，X為II (-)與II (-)的分配比率。
[0224] 在圖11中，在調制鏡30Y為0N的狀態的情況下，根據Lambert-Beer定律，如下的 式⑷?⑵成立。
[0225] II ( - ) = xlexp (-KCL)…（4)
[0226] II ( - ) = (1-χ) Iexp (-KCL)... (5)
[0227] 12 = (II ( - ) Ron) exp (-2KCL) = (((l_x) Iexp (_KCL)) Ron) exp (-2KCL)…（6)
[0228] Ion =I1( - )+12 = xlexp (_KCL) + (((l_x) Iexp (_KCL)) Ron) exp (-2KCL)... (7)
[0229] 其中，K為吸收系數，C為導入至氣室10Y內的樣品氣體60Y中的二氧化碳的濃度， L為自光源20Y至受光部50Y的距離，2L為自調制鏡30Y至受光部50Y為止的距離，12為 反射光、即自光源20Y向左方向放射且經調制鏡30Y反射的紅外線的能量值，Ron為調制鏡 30Y為0N狀態下的反射率，Ion為調制鏡30Y為0N的狀態時到達受光部50Y的紅外線的總 能量、即直接光與反射光的合計能量值。
[0230] 另外，在圖11中，在調制鏡30Y為OFF的狀態的情況下，根據Lambert-Beer定律， 如下的式（8)?（11)成立。
[0231] II ( - ) = xlexp (-KCL)... (8)
[0232] II ( - ) = (l-χ) Iexp (-KCL)... (9)
[0233] 12 = (11 ( - )Roff)exp(-2KCL) = (((1-x) Iexp(-KCL))Roff)exp(-2KCL)…（10)
[0234] Ioff = II ( - )+12 = xlexp (_KCL) + (((l_x) Iexp (_KCL)) Roff) exp (-2KCL)... (11)
[0235] 其中，Roff是調制鏡30Y為OFF的狀態下的反射率，Ioff是調制鏡30Y為OFF的 狀態時到達受光部50Y的紅外線的總能量、即直接光與反射光的合計能量值。
[0236] 調制鏡30Y為0N的狀態時受光部50Y所接收的光的能量值Ion與調制鏡30Y為 OFF的狀態時受光部50Y所接收的光的能量值Ioff的比（相當于權利要求中的"通過所述 反射率調整單元對所述反射率進行電性調整的各情況下的所述受光單元的受光能量值的 比"）如以下所述。
[0237] Ion/Ioff = [x I exp (-KCL) + ( ( (1-χ) I exp (-KCL)) Ron) exp (-2KCL) ] / [xlexp (-KCL) + (((1-x) Iexp (-KCL)) Roff) exp (-2KCL) ]... (12)
[0238] 假設Roff = 0且x = 0. 5,即調制鏡30Y為OFF的狀態時為完全透明（全透過）， 且光源20Y的分配為二分之一的情況下，關于Ion與Ioff的比，下述的關系成立。
[0239] Ion/Ioff = (1+(Ron) exp (-2KCL)) ··· (13)
[0240] 此處，根據裝置構成，Ron、K、L成為常數，因此上述的式（13)可改寫為如下。
[0241] C = f(Ratio(透明鏡））…（14)
[0242] 其中，Ratio (透明鏡）為Roff = 0且χ = 0. 5時的Ion與Ioff的比，f為函數， 且是表示Ratio (透明鏡）與濃度C的相關關系的近似式。儲存部4Y中儲存表示該式（14) 的近似式f的信息。
[0243] 另一方面，也可代替求出上述的近似式f，而使用已知的I、K、C、L、x、Ron、Roff，且 使用上述（7)或（11)，計算各情況下的Ion或Ioff，且計算其比即Ion/Ioff。然后，將其結 果作為表格并制成數據庫。圖12表示以此方式制成的數據庫的一例。圖12的數據庫中表 示有Ion/I、Ioff/I、Ion/Ioff的各值所對應的二氧化碳的濃度。
[0244] 進而，也可使用圖12的數據庫而得出如圖13所示的圖表。圖13所示的圖表是表 示二氧化碳的濃度與比Ion/Ioff的相關關系等。在圖13中，G1是表示二氧化碳的濃度與 比Ion/Ioff的相關關系的圖表，G2是表示二氧化碳的濃度與比Ion/I的相關關系的圖表， G3是表示二氧化碳的濃度與比Ioff/I的相關關系的圖表。儲存部4Y中儲存有表示這樣的 數據庫或圖表的信息。再者，在圖12或圖13中，為了容易判斷數據庫或圖表，而在二氧化 碳的濃度為零ppm時，將各能量值相對于自光源放射的能量值I的比以Ion/I成為1、Ιο--/ I成為0. 5、11( - )/1、11( - )/1及Ι2/Ι成為0. 5的方式表示，但在實際的測定中，無法 測定自光源放射的能量I，因此數據庫或圖表中所表示的值中作為測定值而獲得的值僅為 能量值的比Ion/Ioff。
[0245] 通過以上所述，基于式（14)的近似式f或圖12的數據庫或圖13的圖表，可知二氧 化碳的濃度與Ion/Ioff的相關關系，因此只要測定Ion/Ioff，則可計算二氧化碳的濃度。
[0246] (二氧化碳的濃度計算處理）
[0247] 繼而，對于計算電路3Y根據受光部50Y所接收的光的能量值而計算二氧化碳的濃 度的處理流程進行說明。計算電路3Y基于通過調制鏡30Y對反射率進行電性調整的各情 況下的受光部50Y的受光能量值的比（上述Ion/Ioff)，進而基于上述說明的近似式f、圖 12的數據庫、或圖13的圖表，計算與該比相對應的二氧化碳的濃度，且是包括CPU等而構成 的運算電路。圖14是表示二氧化碳濃度計算處理的流程的流程圖。
[0248] 在步驟S101Y中，計算電路3Y獲取調制鏡30Y為0N的狀態時受光部50Y所接收 的光的能量值Ion、及調制鏡30Y為OFF的狀態時受光部50Y所接收的光的能量值IofT。
[0249] 繼而，在步驟S102Y中，計算電路3Y計算所獲取的能量值Ion與能量值Ioff的比 (Ion/Ioff)。在步驟S103Y中，計算電路3Y使用儲存部4Y中所儲存的近似式f，根據步驟 S103Y所計算出的比（Ion/Ioff)來計算二氧化碳的濃度。通過使用近似式f來計算濃度， 可容易地進行計算處理。
[0250] 在步驟S104Y中，計算電路3Y將表示所計算出的二氧化碳的濃度的信號輸出至未 圖示的控制裝置等中。表示二氧化碳的濃度的信號利用于例如控制裝置中空調的控制等 中。
[0251] 以上，對使用近似式f的情況進行了說明，但在使用圖12所示的表格的情況下， 也可使用步驟S102Y中所計算出的比（Ion/Ioff)檢索表格，將相對應的濃度值作為步驟 S104Y中的輸出值進行輸出。另外，在使用圖13所示的圖表的情況下，也可自圖13的圖表 中讀出與步驟S102Y中所計算出的比（Ion/Ioff)相對應的濃度值，且將該濃度值作為步驟 S104Y中的輸出值予以輸出。
[0252] (第4實施方式的作用?效果）
[0253] 繼而，對于第4實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1Y的作用及效果進行說明。 根據第4實施方式的氣體濃度計算裝置1Y，由于受光部50Y接收直接光及反射光的兩者，因 此可防止通過分別不同的受光部50Y接收直接光及反射光時、或通過不同的受光部50Y分 別接收由調制鏡30Y對反射率進行電性調整的各情況下的光時的、因受光部50Y的個體差 而產生的問題。
[0254] 另外，在第4實施方式中，用于使受光部50Y所接收的光的光路長度的變化或受光 能量值的差異產生的單元為調制鏡30Y，該調制鏡30Y的動作通過反射率的電性控制而產 生。因此，為了產生光路長度的變化或受光能量值的差異而不伴隨振動等，從而不存在因該 振動所致的位置偏離或附帶的噪聲等，因此可防止氣體濃度測量模塊2Y的光檢測精度的 下降。
[0255] 另外，通過調制鏡30Y對反射率進行電性控制，可高速地切換反射率。因此，受光 部50Y所接收的光測定時間同樣不存在時間偏差，即使有時間偏差也非常短，疑似可同時 測定。
[0256] 通過以上所述，根據第4實施方式，可防止因受光部50Y的個體差而產生的問題， 并且可防止因振動所致的誤差、因時間偏差所致的誤差。再者，作為具有這樣的效果的調制 鏡30Y，優選為光電裝置（E0裝置）或液晶光學元件。
[0257] 另外，通過帶通濾波器，可使所接收的光的波段成為相同波段，從而可防止因接收 不同波段的光而產生的光檢測精度的下降。
[0258] 另外，根據第4實施方式，基于預先準備的數據庫或近似式，可高精度地計算對象 氣體的濃度。
[0259] (變形例）
[0260] 以上，對于本發明的優選的第4實施方式進行了說明，當然本發明的一個方面并 不限定于上述第4實施方式。
[0261] (變形例、其1)
[0262] 例如，在上述第4實施方式中，對于通過氣體濃度計算裝置1Y計算二氧化碳的濃 度的情況進行了說明，但當然也可通過改變用于測定的光的波長來計算除此以外的氣體的 濃度。另外，可根據欲測定濃度的氣體的種類或測定范圍、進而測定精度等，對光源的種類 或氣室的形狀適當進行最優化。
[0263] (變形例、其2)
[0264] 圖15及圖16中表示用于對混合存在多種氣體的樣品氣體60Y的氣體濃度以總括 處理的方式進行檢測的變形例。如上所述計算種類不同的氣體的濃度時，必需使用不同光 的波長來分別測定氣體濃度，但在本申請的氣體濃度測定模塊中，通過使用多個受光單元、 以及針對每個受光單元設置氣體濃度計算模塊，可使對于多種氣體的濃度測定以總括處理 的方式實現。即，如圖15及圖16所示，具備：氣體濃度測量模塊2Y，其具備對象氣體不同的 多個受光單元50YA、50YB、50YC、50YD ;及多個氣體濃度計算模塊（計算電路3YA、3YB、3YC、 3YD及儲存部4YA、4YB、4YC、4YD)，其與多個受光單元50YA、50YB、50YC、50YD相對應；由此， 可同時檢測混合存在多種氣體的樣品氣體60Y中的多種氣體濃度。
[0265] 圖15及圖16中例示有對混合存在4種氣體的樣品氣體60Y的各氣體的氣體濃度 進行測定的裝置。在氣室10Y的內部配置有放射用于測定的波長的光的光源。只要是放射 的光的波長范圍較廣、且包含可利用于各氣體的吸收中的波段的光源，則可如圖15所示， 使用一個光源20Y。另外，如圖16所示，也可針對每個受光單元50YA、50YB、50YC、50YD而設 置分別放射由各受光單元50YA、50YB、50YC、50YD所檢測的波長范圍的光的不同種類的光 源20YA、20YB、20YC、20YD。另外，在調制鏡中，在可控制反射率的波長范圍狹窄的情況下， 也可如圖16所示，對應于可利用于各氣體的吸收的各個波長，使用4個調制鏡30YA、30YB、 30YC、30YD，分別進行ON-OFF控制。
[0266] 在圖15及圖16中，針對各受光單元50YA、50YB、50YC、50YD而分別配置的帶通濾 波器40YA、40YB、40YC、40YD是使各受光單元50YA、50YB、50YC、50YD中成為測定對象的氣 體所吸收的波長的光透過、且截斷除此以外的波長的光的光學元件，并且針對各受光單元 50YA、50YB、50YC、50YD而配置不同的帶通濾波器40YA、40YB、40YC、40YD。另外，向氣室10Y 中供給樣品氣體60Y并進行測定。另外，關于針對各受光單元50YA、50YB、50YC、50YD所計 算的氣體濃度的計算方法，與上述的算法相同。再者，在圖16中，氣室10Y成為針對各受光 單元50YA、50YB、50YC、50YD而分割的形狀，但并不限定于此，也可如圖15所示，在所有的受 光單元50YA、50YB、50YC、50YD上為共同的一個氣室10Y。
[0267] (變形例、其3)
[0268] 另外，也可將氣體濃度計算裝置1Y構成為調制鏡30Y進行全反射（Ron = 1)及全 透過（Roff = 0)，在此情況下，以下的數式成立。
[0269] Ion =I1( - )+12 = xlexp (-KCL) + (((1-χ) Iexp (-KCL))) exp (-2KCL)…（15)
[0270] Ioff = II ( - ) = xlexp (_KCL)... (16)
[0271] (變形例、其4)
[0272] 另外，在上述第4實施方式中，對于權利要求中的"通過所述反射率調整單元對所 述反射率進行電性調整的情況"，例示有調制鏡30Y設為0N/0FF的情況，但并不限定于此， 也可將調制鏡30Y維持0N的狀態并且使反射率不同的情況作為權利要求中的"通過所述反 射率調整單元對所述反射率進行電性調整的情況"的一例。
[0273] (變形例、其5)
[0274] 另外，通過氣體濃度計算裝置1Y所計算出的氣體的濃度，除了空調的控制以外， 也可適用于計算氣體的濃度的各種設備中。
[0275] [第5實施方式]
[0276] (氣體濃度計算裝置1Z的整體構成）
[0277] 首先，對于第5實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1Z的整體構成進行說明。圖 17是表示氣體濃度計算裝置1Z的概略剖面圖。氣體濃度計算裝置1Z包括如下部件而構 成：氣體濃度測量模塊2Z，其接收來自光源20Z的光，并測定其能量值；計算電路3Z (相當 于權利要求中的"氣體濃度計算模塊"），其基于氣體濃度測量模塊2Z的測定結果而計算氣 體濃度；及儲存部4Z (相當于權利要求中的"儲存單元")，其儲存有計算電路3Z計算氣體濃 度時所必需的信息；該氣體濃度計算裝置1Z是計算對象氣體的濃度的裝置。通過計算電路 3Z而計算出的氣體濃度被輸出至未圖示的控制裝置等中，并利用于例如空調系統等的控制 中。再者，在第5實施方式中，對于將導入至氣體濃度測量模塊2Z的樣品氣體60Z中的二 氧化碳作為濃度計算的對象氣體時的例子進行說明。
[0278] 氣體濃度測量模塊2Z包括氣室10Z、光源20Z、旋轉鏡30Z(相當于權利要求中的 "旋轉機構"）、帶通濾波器40Z、及受光部50Z(相當于權利要求中的"受光單元"）而構成。
[0279] 氣室10Z形成內部導入樣品氣體60Z的導入空間11Z。關于氣室10Z，在氣室10Z 的一端側設置有用于向導入空間11Z內導入樣品氣體60Z的氣體導入部12Z，在氣室10Z的 另一端側設置有用于將導入空間11Z內的樣品氣體60Z向外部排出的氣體排出部13Z。氣 體排出部13Z也可為在氣室的內壁（例如底部）設置有多個的孔的氣體排出部。
[0280] 光源20Z配置于氣室10Z內，且放射紅外線。在第5實施方式中，作為光源20Z，使 用放射包括4. 2μπι?4. 3μπι的波段的光的光的光源。在圖17中，表示有將光源20Z配置 于氣室10Z內的中央的底部的例子，但并不限定于此，可將光源20Z配置于氣室10Z內的中 央的上部或中央部，也可以某種程度偏向旋轉鏡30Z側或受光部50Z側而配置。來自光源 20Z的紅外線被樣品氣體60Z中的二氧化碳分子61Z吸收而衰減。
[0281] 旋轉鏡30Z配置于氣室10Z的一端10aZ側，且通過旋轉而使自光源20Z放射的光 反射或透過。旋轉鏡30Z通過在與自光源20Z直至受光部50Z為止的光路的方向不同的方 向上進行旋轉或運動，而使光反射或透過。對于圖17所示的XYZ坐標系而言，自光源20Z 直至受光部50Z為止的光路的方向為X方向，旋轉鏡30Z的旋轉沿YZ面進行。即，旋轉鏡 30Z在與光路的方向即X方向垂直的YZ面上旋轉。圖17中以箭頭表示旋轉鏡30Z在YZ面 上的旋轉。換言之，在此情況下，光路的方向與旋轉鏡30Z的旋轉軸成為相同的X方向，但 旋轉鏡30Z的端部30aZ在YZ面上一邊畫圓一邊旋轉。再者，在裝置構成方面，只要光路的 方向與旋轉鏡30Z的旋轉軸成為大致相同的方向即可。旋轉鏡30Z并非沿光路的方向即X 方向運動。在第5實施方式中，旋轉鏡30Z由反射板31Z與孔32Z構成，且通過旋轉驅動機 構33Z控制旋轉方向及旋轉速度等。孔32Z是由框32aZ包圍而成的空間。在氣室10Z的 一端10aZ側設置有由相對于紅外線具有較高的透過性的材料構成的窗部14Z。
[0282] 帶通濾波器40Z配置于光源20Z與受光部50Z之間的光路上，且僅使規定波長的 光通過。在第5實施方式中，帶通濾波器40Z使用配置于氣室10Z的受光部50Z側的端部 且僅透過4. 2μπι?4. 3μπι的波段的光的帶通濾波器。
[0283] 受光部50Ζ是配置于氣室10Ζ的另一端，且接收自光源20Ζ直接放射的直接光、及 自光源20Ζ放射并且通過旋轉鏡30Ζ反射的反射光的兩者的受光兀件。S卩，一個受光部50Ζ 接收直接光及反射光的兩者。換言之，一個受光部50Ζ接收通過旋轉鏡30Ζ使光反射或透 過的各情況下的光（如下所述，直接光、及直接光與反射光的合計）。因此，與為了接收多種 光而分別使用多個受光單元的情況相比，完全不存在因受光單元的個體差而產生的危害。
[0284] (用于使光路長度或受光能量值產生差異的構造）
[0285] 圖18是用于說明第5實施方式中的用以使光路長度或受光能量值產生差異的構 造的圖。與圖17相同，自配置于氣室10Ζ的中央底部的光源20Ζ發射且到達受光部50Ζ的 光的光路長度及受光能量值的變更，可通過旋轉鏡30Ζ的旋轉而進行。在該說明中，為了方 便說明，對于旋轉鏡30Ζ通過進行全反射或全透過而對反射率進行調整的情況進行說明。
[0286] 圖18 (Α)表示通過旋轉鏡30Ζ的旋轉而使反射板31Ζ以面對光源20Ζ的方式位于 氣室10Ζ的一端10aZ側，使自光源20Ζ到達的光完全反射至氣室10Ζ內的情況。在圖18 (Α) 中，自光源20Z放射且直接到達受光部50Z的光即直接光表示為II (―)，直接光穿過的光 路的長度大致為L。另外，關于反射光，表示為II (-)(自光源20Z放射且到達反射板31Z 的光）及12 (通過反射板31Z反射且到達受光部50Z的光），反射光穿過的光路的長度大致 為3L(L+2L)。在反射板31Z位于面對光源20Z的位置的狀態下，直接光及反射光的兩者分 別經由L及3L的光路而到達受光部50Z，并且測定受光能量值。另一方面，圖18 (B)表示 通過旋轉鏡30Z的旋轉而使孔32Z成為面對光源20Z而位于氣室10Z的一端10aZ側的狀 態，使自光源20Z到達的光完全不反射而透過的情況。在此情況下，僅直接光經由大致L的 光路而到達受光部50Z，并測定受光能量值。再者，圖18(B)中記載有使未反射的光通過孔 32Z透過的情況，但并不限定于此，也可進行吸收。在此情況下，也可設置吸收體（未圖示） 而代替孔32Z。
[0287] 如上所述，在第5實施方式中，光路長度及受光能量值的變更可通過與旋轉鏡30Z 的光路長度方向不同的方向上的旋轉而進行。因此，為了產生光路長度的變化或受光能量 值的差異，不必使旋轉鏡30Z沿光路長度方向進行運動。即，旋轉鏡30Z進行旋轉，但并非 在光路長度方向上運動，因此旋轉鏡30Z與受光部50Z之間的絕對距離無變動。因此，光路 長度穩定，因而即使暫時停止旋轉鏡30Z，也可實現高精度的測量。其結果，可防止因旋轉鏡 30Z暫時停止運動而使光測定時間產生大幅度的時間偏差。
[0288] (儲存部4Z的儲存信息）
[0289] 繼而，對于儲存部4Z所儲存的信息進行說明。儲存部4Z中預先儲存有表示通過 旋轉鏡30Z而使光反射或透過的各情況下的受光部50Z的受光能量值的比與作為對象氣體 的二氧化碳的濃度的相關關系的數據庫或近似式。
[0290] 圖19是用于說明儲存部4Z的儲存信息的圖。圖19是基本上與圖17及圖18相 同的圖，但僅保留用于以下說明而必需的要素，關于光路長度由L或2L概略地表示。在圖 19中，如下的式（1)?（3)成立。
[0291] I = II (― )+11 ( - )... (1)
[0292] II ( - )/1 = X... (2)
[0293] II ( - )/1 = 1-x... (3)
[0294] 其中，I為自光源20Z放射的紅外線的總能量值，II (―)為直接光即圖19中自光 源20Z向右方向放射的紅外線的能量值，II (-)為圖19中自光源20Z向左方向放射的紅 外線的能量值，X為II (―)與II (―)的分配比率。
[0295] 在圖19中，在通過旋轉鏡30Z的旋轉而使反射板31Z面對光源20Z而位于氣室10Z 的一端10aZ側的情況（圖18 (A)的狀態）下，根據Lambert-Beer定律，如下的式⑷? (7)成立。
[0296] II ( - ) = xlexp (-KCL)…（4)
[0297] II ( - ) = (1-χ) Iexp (-KCL)... (5)
[0298] 12 = (II ( - ) Ron) exp (-2KCL) = (((l_x) Iexp (_KCL)) Ron) exp (-2KCL)…（6)
[0299] Ion =I1( - )+12 = xlexp (_KCL) + (((l_x) Iexp (_KCL)) Ron) exp (-2KCL)... (7)
[0300] 其中,K為吸收系數，C為導入至氣室10Z內的樣品氣體60Z中的二氧化碳的濃度， L為自光源20Z至受光部50Z為止的距離，2L為自旋轉鏡30Z(反射板31Z)直至受光部50Z 為止的距離，12為反射光即自光源20Z向左方向放射且經旋轉鏡30Z(反射板31Z)反射的 紅外線的能量值，Ron為該狀態下的旋轉鏡30Z(反射板31Z)的反射率，Ion為該狀態下到 達受光部50Z的紅外線的總能量、即直接光與反射光的合計能量值。
[0301] 另外，在圖19中，在通過旋轉鏡30Z的旋轉而使孔32Z面對光源20Z而位于氣室 10Z的一端10aZ側的情況（圖18⑶的狀態）下，根據Lambert-Beer定律，如下的式⑶? (11)成立。
[0302] II ( - ) = xlexp (-KCL)…（8)
[0303] II ( - ) = (1-χ) Iexp (-KCL)…（9)
[0304] 12 = (11 ( - )Roff)exp(-2KCL) = (((1-x) Iexp(-KCL))Roff)exp(-2KCL)…（10)
[0305] Ioff = II ( - )+12 = xlexp (_KCL) + (((l_x) Iexp (_KCL)) Roff) exp (-2KCL)... (11)
[0306] 其中，Roff為該狀態下的旋轉鏡30Z (孔32Z)的反射率，由于為孔32Z因而Roff 基本上為0。Ioff為該狀態下到達受光部50Z的紅外線的總能量，且由于孔32Z的存在而 并非為反射光，而是僅直接光的能量值。
[0307] 在反射板31Z面對光源20Z的狀態下受光部50Z所接收的光的能量值Ion、與在 孔32Z面對光源20Z的狀態下受光部50Z所接收的光的能量值Ioff的比（相當于權利要 求中的"通過所述旋轉機構使所述光反射或透過的各情況下的所述受光單元的受光能量值 的比"）如下所述。
[0308] I on/1 off = [XI exp (-KCL) + ( ( (1-X) I exp (-KCL)) Ron) exp (-2KCL) ] / [xlexp (-KCL) + (((1-x) Iexp (-KCL)) Roff) exp (-2KCL) ]... (12)
[0309] 此處，在Roff = 0且x = 0. 5,即孔32Z面對光源20Z的狀態下完全透明（全透 過），且光源20Z的分配為二分之一的情況下，關于Ion與Ioff的比，下述的關系成立。
[0310] Ion/Ioff = (1+(Ron) exp (-2KCL))... (13)
[0311] 此處，根據裝置構成，Ron、K、L成為常數，因此上述的式（13)可改寫為如下。
[0312] C = f(Ratio(透明鏡））…（14)
[0313] 其中，Ratio (透明鏡）為Roff = 0且X = 0. 5時的Ion與Ioff的比，f為函數， 且是表示Ratio (透明鏡）與濃度C的相關關系的近似式。儲存部4Z中儲存有表示該式 (14)的近似式f的信息。
[0314] 另一方面，也可代替求出上述的近似式f，而使用已知的I、K、C、L、x、Ron、Roff，且 使用上述（7)或（11)，計算各情況下的Ion及Ioff，并計算其比即Ion/Ioff。然后，將其結 果作為表格并制成數據庫。圖20表示以這樣的方式制成的數據庫的一例。在圖20的數據 庫中，表示有與I〇n/I、Ioff/I、Ion/Ioff各值相對應的二氧化碳的濃度。
[0315] 進而，也可使用圖20的數據庫而得出如圖21所示的圖表。圖21所示的圖表中表 示二氧化碳的濃度與比Ion/Ioff的相關關系等。在圖21中，G1是表示二氧化碳的濃度與 比Ion/Ioff的相關關系的圖表，G2是表示二氧化碳的濃度與比Ion/I的相關關系的圖表， G3是表示二氧化碳的濃度與比Ioff/I的相關關系的圖表。儲存部4Z中儲存有表示這樣的 數據庫或圖表的信息。再者，在圖20及圖21中，為了容易判斷數據庫或圖表，當二氧化碳 的濃度為零ppm時，以Ion/Ioff成為2的方式，將自各能量值相對于自光源放射的能量值I 的比以Ion/Ι成為1、Ioff/I成為0· 5的方式、II ( - )/1、II ( - )/1及I2/I成為0· 5的 方式表示，但在實際的測定中，由于無法測定自光源放射的能量I，因此數據庫或圖表中所 表示的值中作為測定值而獲得的值僅為能量值的比Ion/Ioff。
[0316] 通過以上所述，基于式（14)的近似式f、圖20的數據庫、或圖21的圖表，可知二氧 化碳的濃度與Ion/Ioff的相關關系，因此只要測定Ion/Ioff，則可計算二氧化碳的濃度。
[0317] (二氧化碳的濃度計算處理）
[0318] 繼而，對于計算電路3Z根據受光部50Z所接收的光的能量值而計算二氧化碳的濃 度的處理的流程進行說明。計算電路3Z基于通過旋轉鏡30Z而使光反射或透過的各情況 下的受光部50Z的受光能量值的比（上述Ion/Ioff)，進而基于上述說明的近似式f、圖20 的數據庫或圖21的圖表，而計算與該比相對應的二氧化碳的濃度，且是由包括CPU等而構 成的運算電路。圖22是表示二氧化碳濃度計算處理的流程的流程圖。
[0319] 在步驟S101Z中，計算電路3Z獲取反射板31Z面對光源20Z的狀態下受光部50Z 所接收的光的能量值Ion、及孔32Z面對光源20Z的狀態下受光部50Z所接收的光的能量值 Ioff。
[0320] 繼而，在步驟S102Z中，計算電路3Z計算所獲取的能量值Ion與能量值Ioff的比 (Ion/Ioff)。在步驟S103Z中，計算電路3Z使用儲存部4Z中所儲存的近似式f并根據步 驟S103Z中所計算的比（Ion/Ioff)，來計算二氧化碳的濃度。通過使用近似式f來計算濃 度，可容易進行計算處理。
[0321] 在步驟S104Z中，計算電路3Z將表示所計算出的二氧化碳的濃度的信號輸出至未 圖示的控制裝置等中。表示二氧化碳的濃度的信號例如利用于控制裝置中空調的控制等 中。
[0322] 以上，對使用近似式f的情況進行了說明，但在使用圖20所示的表格的情況下， 也可使用步驟S102Z中所計算出的比（Ion/Ioff)檢索表格，將相對應的濃度值作為步驟 S104Z中的輸出值予以輸出。另外，在使用圖21所示的圖表的情況下，也可自圖21的圖表 中讀出與步驟S102Z中所計算出的比（Ion/Ioff)相對應的濃度值，將該濃度值作為步驟 S104Z中的輸出值予以輸出。
[0323] (第5實施方式的作用?效果）
[0324] 繼而，對于第5實施方式所涉及的氣體濃度計算裝置1Z的作用及效果進行說明。 根據第5實施方式的氣體濃度計算裝置1Z，受光部50Z接收直接光及反射光的兩者，因此可 防止通過分別不同的受光部50Z接收直接光及反射光時、或通過不同的受光部50Z分別接 收由旋轉鏡30Z使光反射或透過的各情況下的光時的、因受光部50Z的個體差而產生的問 題。
[0325] 另外，在第5實施方式中，用于使受光部50Z所接收的光的光路長度的變化或受 光能量值的差異產生的單元為旋轉鏡30Z，通過使該旋轉鏡30Z在與自光源20Z直至受光 部50Z為止的光路的方向不同的方向上進行旋轉而使光反射或透過。此處，所謂"在與光 路的方向不同的方向上旋轉"，例如可通過使旋轉鏡30Z的旋轉軸成為與光路相同的方向而 實現。即，由于產生光路長度的變化或受光能量值的差異，因而旋轉鏡30Z不必沿光路的方 向進行運動，因此，即使旋轉鏡30Z旋轉，旋轉鏡30Z與受光部50Z之間的絕對距離也無變 動。因此，與例如上述專利文獻2的情況不同，由于光路長度穩定，因而不必暫時停止旋轉 鏡30Z。其結果，可防止因旋轉鏡30Z暫時停止運動而使光測定時間產生大幅度的時間偏 差。
[0326] 通過以上所述，根據第5實施方式，可防止因受光部50Z的個體差而產生的問題、 及因用于使光路長度變化的要素在與光路的方向相同的方向上運動而產生的問題。
[0327] 另外，根據第5實施方式，通過由反射板31Z與孔32Z構成的旋轉鏡30Z而可實現 簡單的構成，并且通過使旋轉鏡30Z在與光路的方向大致垂直的方向上旋轉而可明確地進 行光的反射與透過的切換。
[0328] 另外，通過帶通濾波器，可使所接收的光的波段成為相同波段，從而可防止因接收 不同波段的光而產生的光檢測精度的下降。
[0329] 另外，根據第5實施方式，基于預先準備的數據庫或近似式，而可高精度地計算對 象氣體的濃度。
[0330] [第6實施方式]
[0331] 接著，對于本發明的第6實施方式進行說明。在第6實施方式的氣體濃度計算裝 置1ZA中，與第5實施方式的主要不同點在于：用于使受光部50Z所接收的光的光路長度的 變化或受光能量值的差異產生的單元由MEMS致動器70Z構成而代替了旋轉鏡30Z。以下， 以該不同點為中心進行說明。
[0332] (氣體濃度計算裝置1ZA的整體構成）
[0333] 圖23 (A)是表示氣體濃度計算裝置1ZA的概略剖面圖。MEMS致動器70Z配置于氣 室10Z的一端10aZ側，且通過使鏡面71Z旋轉一定角度而使自光源20Z放射的光反射或透 過。此處，所謂"反射"是指將來自光源20Z的光反射至氣室10Z內，所謂"透過"是指將來 自光源20Z的光不反射至氣室10Z內而是透過至氣室10Z外、或者反射至氣室10Z外。以 下，為了方便說明，以"透過"表示將光反射至氣室10Z外的情況進行說明。另外，所謂MEMS 致動器70Z的旋轉是指通過MEMS致動器70Z進行的鏡面71Z的旋轉。
[0334] MEMS致動器70Z通過使鏡面71Z在與自光源20Z直至受光部50Z為止的光路的方 向不同的方向上進行旋轉或運動而使光反射或透過。對于圖17所示的XYZ坐標系而言，自 光源20Z直至受光部50Z為止的光路方向為X方向，MEMS致動器70Z的鏡面71Z將與X軸 僅偏移規定的角度Φ的軸K作為旋轉軸而僅旋轉一定角度。圖23中以箭頭表示鏡面71Z 的旋轉。MEMS致動器70Z并不沿光路的方向即X方向運動。MEMS致動器70Z的旋轉方向 及旋轉速度等通過未圖示的旋轉驅動機構而控制。在氣室10Z的一端10aZ側配置有由相 對于紅外線具有較高的透過性的材料構成的窗部14Z。實際上，MEMS致動器70Z如圖23 (B) 所示，在鏡面71Z的兩端具備沿X方向運動的致動器元件73Z，當一者沿+X方向運動時另一 者沿-X方向運動，鏡面71Z的中心的X方向的位置不運動，并且使鏡面71Z僅旋轉一定角 度。通過在鏡面71Z的中心反射來自光源20Z的光，由此，即使鏡面71Z進行旋轉、即MEMS 致動器70Z進行旋轉，光源20Z與鏡面71Z、鏡面71Z與受光部50Z的X方向上的距離也不 變化而可保持為一定。另外，與第5實施方式的旋轉鏡30Z相比，MEMS致動器70Z的尺寸 較小，因此如圖23 (C)所示，并非鏡面71Z的兩端，而是僅一端具備致動器元件73Z且另一 端固定，實質上光源20Z與鏡面71Z、鏡面71Z與受光部50Z的X方向上的距離不變化而可 視為為一定。
[0335] (用于使光路長度或受光能量值產生差異的構造）
[0336] 圖24是用于說明第6實施方式中的用以使光路長度或受光能量值產生差異的構 造的圖。自光源20Z發射且到達受光部50Z的光的光路長度及受光能量值的變更可通過 MEMS致動器70Z的旋轉而進行。在該說明中，為了方便說明，以通過將MEMS致動器70Z所 輸入的光完全反射至氣室10Z內或外而對反射率進行調整的情況進行說明。
[0337] 圖24(A)表示通過MEMS致動器70Z鏡面71Z的旋轉而使自光源20Z到達的光完全 反射至氣室10Z內的情況。在圖24(A)中，自光源20Z放射且直接到達受光部50Z的光即直 接光表示為11 (-)，直接光穿過的光路的長度大致為L。另外，關于反射光，表示為11 (-) (自光源20Z放射且到達MEMS致動器70Z的鏡面71Z的光）及12 (通過MEMS致動器70Z 的鏡面71Z反射且到達受光部50Z的光），反射光穿過的光路的長度大致為3L(L+2L)。在 MEMS致動器70Z的鏡面71Z將來自光源20Z的光完全反射至氣室10Z內的狀態下，直接光 及反射光的兩者分別經由L及3L的光路而到達受光部50Z，并且測定受光能量值。另一方 面，圖24(B)表示通過MEMS致動器70Z的鏡面71Z的旋轉而使自光源20Z到達的光完全反 射至氣室10Z外的情況。在此情況下，僅直接光經過大致L的光路而到達受光部50Z，并且 測定受光能量值。
[0338] 如上所示，在第6實施方式中，光路長度及受光能量值的變更通過MEMS致動器70Z 的鏡面71Z在與光路長度方向不同的方向上的旋轉而進行。因此，由于產生光路長度的變 化或受光能量值的差異，因而鏡面71Z不必沿光路長度方向進行運動。即，鏡面71Z進行旋 轉，但并非在光路長度方向上運動，因此鏡面71Z與受光部50Z之間的絕對距離無變動。因 此，光路長度穩定，因而即使暫時停止鏡面71Z，也可實現高精度的測量。其結果，可防止因 鏡面71Z暫時停止運動而使光測定時間產生大幅度的時間偏差。
[0339] 另外，根據第6實施方式，通過使用MEMS致動器70Z，可抑制旋轉時的振動并且可 實現高速旋轉。因此，可防止因振動所致的光檢測精度的下降。另外，通過MEMS致動器70Z 的鏡面71Z的高速旋轉而可高速地切換光的反射與透過（向氣室10Z外反射），受光部50Z 的光測定時間同樣不存在時間偏差，或即使有時間偏差也非常短，疑似可同時測定。
[0340] (變形例）
[0341] 以上，對于本發明的另外一個方面的優選的實施方式進行說明，但本發明的另外 一個方面當然不限定于上述第5及第6實施方式。例如，在上述第5及第6實施方式中，對 通過氣體濃度計算裝置1Z、1ZA而計算二氧化碳的濃度的情況進行了說明，但當然也可通 過改變用于測定的光的波長而測定除此以外的氣體的濃度。另外，可根據欲測定濃度的氣 體的種類或測定范圍、進而測定精度等，對光源的種類或氣室的形狀適當進行最優化。
[0342] 圖25表示用于對混合存在多種氣體的樣品氣體60Z的氣體濃度以總括處理的方 式進行檢測的變形例。如上所述計算種類不同的氣體的濃度時，必需使用不同光的波長來 測定分別氣體濃度，但在本申請的氣體濃度測定模塊中，通過使用多個受光單元、及針對每 個受光單元設置氣體濃度計算模塊，可對于多種氣體的濃度測定以總括處理的方式實現。 艮P，如圖25所示，具備包括對象氣體不同的多個受光單元50ZA、50ZB、50ZC、50ZD的氣體濃 度測量模塊2Z、及與多個受光單元50ZA、50ZB、50ZC、50ZD相對應的多個氣體濃度計算模塊 (計算電路3ZA、3ZB、3ZC、3ZD及儲存部4ZA、4ZB、4ZC、4ZD)，因而可同時檢測混合存在多種 氣體的樣品氣體60Z中的多種氣體濃度。
[0343] 圖25中例示有對混合存在4種氣體的樣品氣體60Z中的各氣體的氣體濃度進行 測定的裝置。在氣室10Z的內部配置有放射用于測定的波長的光的光源。只要是放射的光 的波長范圍較廣、且包含可利用于各氣體的吸收的波段的光源，則可如圖23所示，使用一 個光源20Z。另外，雖未圖示，但也可針對每個受光單元50ZA、50ZB、50ZC、50ZD而設置分別 放射由各受光單元50ZA、50ZB、50ZC、50ZD所檢測的波長范圍的光的種類不同的光源20ZA、 20ZB、20ZC、20ZD。
[0344] 在圖25中，針對各受光單元50ZA、50ZB、50ZC、50ZD而分別配置的帶通濾波器 40ZA、40ZB、40ZC、40ZD是使各受光單元50ZA、50ZB、50ZC、50ZD中成為測定對象的氣體所吸 收的波長的光透過、且截斷除此以外的波長的光的光學元件，并且針對各受光單元50ZA、 50ZB、50ZC、50ZD而配置不同的帶通濾波器40ZA、40ZB、40ZC、40ZD。另外，向氣室10Z中供 給樣品氣體60Z，并進行測定。另外，關于各受光單元50ZA、50ZB、50ZC、50ZD中所計算的氣 體濃度的計算方法，與上述的算法相同。另外，在圖25中，表示有將第6實施方式多個化的 方式，但也可將第5實施方式多個化。此時，只要在上下排列的氣體濃度測量模塊間共有旋 轉機構，當一者反射時另一者透過即可。
[0345] 另外，在上述第5及第6實施方式中，將旋轉鏡30Z或MEMS致動器70Z進行全反 射或全透過的情況作為一例進行了說明，但并不限定于此，也可以具有某種程度的反射率 或透過率而進行反射或透過的方式構成裝置。
[0346] 另外，通過氣體濃度計算裝置1Z、1ZA而計算的氣體的濃度，除了空調的控制以 夕卜，也可適用于計算氣體的濃度的各種設備中。
[0347] 產業上的可利用性
[0348] 本發明的一個方面提供一種氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊，其可防止因 受光元件的個體差而產生的問題，且可防止因光路長度不穩定而產生的問題。
[0349] 本發明的另一個方面提供一種氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊，其可防止 因受光單元的個體差而產生的問題，且可防止因用于產生光路長度的變化或受光能量值的 差異的要素的振動而產生的光檢測精度的下降，進而可抑制因光的測定時間偏差而產生的 光檢測精度的下降。
[0350] 本發明的另外一個方面提供一種氣體濃度計算裝置及氣體濃度測量模塊，其可防 止因受光單元的個體差而產生的問題，且可防止因用于產生光路長度的變化或受光能量值 的差異的要素在與光路的方向相同的方向上運動而產生的問題。
【權利要求】
1. 一種氣體濃度計算裝置，其特征在于， 其是具備氣體濃度測量模塊及氣體濃度計算模塊且計算對象氣體的濃度的氣體濃度 計算裝置， 所述氣體濃度測量模塊具備： 氣室，形成導入所述對象氣體的導入空間； 光源，其配置于所述氣室內； 旋轉機構，其配置于所述氣室的一端，且通過旋轉使自所述光源放射的光反射或透過； 及 受光單元，其配置于所述氣室的另一端，且接收自所述光源直接放射的直接光、及自所 述光源放射并且通過所述旋轉機構反射的反射光， 所述氣體濃度計算模塊基于通過所述旋轉機構使所述光反射或透過的各情況下的所 述受光單元的受光能量值的比，來計算所述對象氣體的所述濃度， 所述旋轉機構在與自所述光源直至所述受光單元為止的光路的方向不同的方向上進 行所述旋轉。
2. 如權利要求1所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 所述旋轉機構為由反射板與孔構成的旋轉鏡。
3. 如權利要求2所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 所述旋轉鏡在與自所述光源直至所述受光單元為止的所述光路的方向大致垂直的方 向上進行所述旋轉。
4. 如權利要求1所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 所述旋轉機構為微電子機械系統致動器。
5. 如權利要求1至4中任一項所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 進一步具備帶通濾波器，該帶通濾波器配置于所述光源與所述受光單元之間的光路 上，且僅使規定波長的光通過。
6. 如權利要求1至4中任一項所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 所述光源為放射紅外線的光源。
7. 如權利要求1至4中任一項所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 所述對象氣體為二氧化碳。
8. 如權利要求1至4中任一項所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 進一步具備儲存單元，該儲存單元預先儲存表示所述對象氣體的所述濃度與所述比的 相關關系的數據庫或近似式， 所述氣體濃度計算模塊基于所述數據庫或所述近似式來計算與所述比相對應的所述 濃度。
9. 如權利要求1至4中任一項所述的氣體濃度計算裝置，其特征在于， 具備： 所述氣體濃度測量模塊，其具備所述對象氣體不同的多個所述受光單元；及 多個所述氣體濃度計算模塊，其與多個所述受光單元相對應。
10. -種氣體濃度測量模塊，其特征在于， 其是計算對象氣體的濃度的氣體濃度計算裝置中的氣體濃度測量模塊， 具備： 氣室，其形成導入所述對象氣體的導入空間； 光源，其配置于所述氣室內； 旋轉機構，其配置于所述氣室的一端，且通過旋轉使自所述光源放射的光反射或透過； 及 受光單元，其配置于所述氣室的另一端，且接收自所述光源直接放射的直接光、及自所 述光源放射并且通過所述旋轉機構反射的反射光， 所述旋轉機構在與自所述光源直至所述受光單元為止的光路的方向不同的方向上進 行所述旋轉。
【文檔編號】G01N21/05GK104111233SQ201410331121
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2011年2月14日 優先權日:2010年2月16日
【發明者】井澤利之, 村上忠良 申請人:浜松光子學株式會社